用RVIZ2创建一个可视化的机器人_rviz完整机器人urdf文件

要在 RViz2 中创建一个可视化的机器人，首先需要有一个机器人的 URDF (Unified Robot Description Format) 文件。URDF 文件描述了机器人的物理组成和关节等动态特性。接下来，就可以使用 RViz2 来加载和查看这个模型。

一. urdf简介与转换

在 ROS（Robot Operating System）的环境中，URDF（Unified Robot Description Format）是用于描述机器人模型的 XML 格式。虽然手动编写 URDF 文件是一种常见的做法，但也存在一些可视化工具可以帮助简化和加速这一过程。以下是一些可用的工具，它们可以在创建和编辑 URDF 文件时提供图形界面或可视化支持：

1. SolidWorks to URDF Exporter

描述：这是一个 SolidWorks 插件，允许用户直接从 SolidWorks CAD 软件中导出 URDF 文件。这个工具特别适合那些已经使用 SolidWorks 设计机器人的用户。
链接：SolidWorks to URDF Exporter on GitHub

2. Fusion 360 to URDF Exporter

描述：Autodesk Fusion 360 用户可以利用这个插件将他们的 CAD 模型转换成 URDF 格式。这提供了从流行的 CAD 软件到 ROS 的无缝过渡。
链接：Fusion 360 to URDF Exporter

3. SW2URDF (SolidWorks to URDF Exporter)

描述：这是 SolidWorks 的另一个插件，用于将 SolidWorks 模型转换为 URDF。它支持导出复杂的装配体，并包括联动和其他动态特性。
链接：通常可以在 SolidWorks 插件市场或 ROS 社区资源中找到。

4. Phobos

描述：Phobos 是一个 Blender 插件，使用户能够在 Blender 内编辑和导出 URDF 文件。这不仅可以创建静态模型，还可以定义动态属性和机器人的运动学。
链接：Phobos on GitHub

5. URDF for Blender

描述：这是另一个 Blender 插件，专注于改进 Blender 制作的模型到 URDF 格式的转换过程。它适用于希望在图形界面中操作并直观看到结果的用户。
链接：URDF for Blender

二. 创建包及文件

1.创建包

ros2 pkg create rviz2_4_udf_package --build-type ament_python
1

这个包可以在某个文件夹的src文件夹下。
packagename:rviz2_4_udf_package
编译方式：ament_python

2. 建立urdf文件夹及文件、建立launch文件夹及文件

cd rviz2_4_udf_package/
mkdir urdf
cd urdf
touch virtural_botbase.urdf
cd ..
mkdir launch
cd launch
touch display_rviz2.launch.py
1
2
3
4
5
6
7
8

现在的文件夹结构如下：

├── launch
    └── display_rviz2.launch.py
├── package.xml
├── resource
    └── rviz2_4_udf_package
├── rviz2_4_udf_package
    └── __init__.py
├── setup.cfg
├── setup.py
├── test
    ├── test_copyright.py
    ├── test_flake8.py
    └── test_pep257.py
└── urdf
    └── virtural_botbase.urdf

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

3.打开编辑urdf文件

参考 fishros 8.2 RVIZ2可视化移动机器人模型中的模型构建
以下代码为构建一个4轮麦克纳姆轮的正方形底盘

<?xml version="1.0"?>
<robot name="mecanum_robot">

  <!-- Base Link -->
  <link name="base_link">
    <visual>
      <geometry>
        <box size="0.5 0.5 0.1"/> <!-- Length, Width, Height -->
      </geometry>
      <material name="blue">
        <color rgba="0 0 1 1"/> <!-- RGBA Colors -->
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <geometry>
        <box size="0.5 0.5 0.1"/>
      </geometry>
    </collision>
  </link>

  <!-- Mecanum Wheels -->
  <!-- Wheel Front Left -->
  <link name="wheel_front_left">
    <visual>
      <geometry>
        <cylinder length="0.1" radius="0.05"/> <!-- Height and radius of the wheel -->
      </geometry>
      <material name="black"/>
    </visual>
    <collision>
      <geometry>
        <cylinder length="0.1" radius="0.05"/>
      </geometry>
    </collision>
  </link>

  <!-- Joint connecting front left wheel to base -->
  <joint name="joint_front_left" type="continuous">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="wheel_front_left"/>
    <origin xyz="0.25 0.25 0" rpy="0 0 0"/> <!-- Position of the wheel -->
    <axis xyz="0 0 1"/> <!-- Rotation axis -->
  </joint>

  <!-- Similar definitions for other three wheels -->
  <link name="wheel_front_right">
    <visual>
      <geometry>
        <cylinder length="0.1" radius="0.05"/>
      </geometry>
      <material name="black"/>
    </visual>
    <collision>
      <geometry>
        <cylinder length="0.1" radius="0.05"/>
      </geometry>
    </collision>
  </link>

  <joint name="joint_front_right" type="continuous">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="wheel_front_right"/>
    <origin xyz="0.25 -0.25 0" rpy="0 0 0"/>
    <axis xyz="0 0 1"/>
  </joint>

  <!-- Rear Left -->
  <link name="wheel_rear_left">
    <visual>
      <geometry>
        <cylinder length="0.1" radius="0.05"/>
      </geometry>
      <material name="black"/>
    </visual>
    <collision>
      <geometry>
        <cylinder length="0.1" radius="0.05"/>
      </geometry>
    </collision>
  </link>

  <joint name="joint_rear_left" type="continuous">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="wheel_rear_left"/>
    <origin xyz="-0.25 0.25 0" rpy="0 0 0"/>
    <axis xyz="0 0 1"/>
  </joint>

  <!-- Rear Right -->
  <link name="wheel_rear_right">
    <visual>
      <geometry>
        <cylinder length="0.1" radius="0.05"/>
      </geometry>
      <material name="black"/>
    </visual>
    <collision>
      <geometry>
        <cylinder length="0.1" radius="0.05"/>
      </geometry>
    </collision>
  </link>

  <joint name="joint_rear_right" type="continuous">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="wheel_rear_right"/>
    <origin xyz="-0.25 -0.25 0" rpy="0 0 0"/>
    <axis xyz="0 0 1"/>
  </joint>

</robot>


1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113

**基本结构：**机器人包括一个基本的 base_link 和四个 wheel_ 链接。
**视觉和碰撞元素：**每个链接都有视觉和碰撞属性定义。视觉属性定义了该部件的外观，碰撞属性定义了物理交互时的形状。
**关节：**每个轮子通过一个类型为 continuous 的关节与底盘相连。这允许轮子围绕其安装点无限旋转。

4.编辑launch文件

import os
from launch import LaunchDescription
from launch.substitutions import LaunchConfiguration
from launch_ros.actions import Node
from launch_ros.substitutions import FindPackageShare


def generate_launch_description():
    package_name = 'rviz2_4_udf_package'
    urdf_name = "virtural_botbase.urdf"

    ld = LaunchDescription()
    pkg_share = FindPackageShare(package=package_name).find(package_name) 
    urdf_model_path = os.path.join(pkg_share, f'urdf/{urdf_name}')

    robot_state_publisher_node = Node(
        package='robot_state_publisher',
        executable='robot_state_publisher',
        arguments=[urdf_model_path]
        )

    joint_state_publisher_node = Node(
        package='joint_state_publisher_gui',
        executable='joint_state_publisher_gui',
        name='joint_state_publisher_gui',
        arguments=[urdf_model_path]
        )

    rviz2_node = Node(
        package='rviz2',
        executable='rviz2',
        name='rviz2',
        output='screen',
        )

    ld.add_action(robot_state_publisher_node)
    ld.add_action(joint_state_publisher_node)
    ld.add_action(rviz2_node)

    return ld

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42

5. 编辑setup.py

导入库

from glob import glob 
import os
1
2

设置包名称

package_name = 'rviz2_4_udf_package'
1

添加launch和urdf

(os.path.join('share', package_name, 'launch'), glob('launch/*.launch.py')),
        (os.path.join('share', package_name, 'urdf'), glob('urdf/**')),
        
1
2
3

完整代码

from setuptools import find_packages, setup
from glob import glob 
import os

package_name = 'rviz2_4_udf_package'

setup(
    name=package_name,
    version='0.0.0',
    packages=find_packages(exclude=['test']),
    data_files=[
        ('share/ament_index/resource_index/packages',
            ['resource/' + package_name]),
        ('share/' + package_name, ['package.xml']),
       	(os.path.join('share', package_name, 'launch'), glob('launch/*.launch.py')),
        (os.path.join('share', package_name, 'urdf'), glob('urdf/**')),
    ],
    install_requires=['setuptools'],
    zip_safe=True,
    maintainer='harebert',
    maintainer_email='harebert@todo.todo',
    description='TODO: Package description',
    license='TODO: License declaration',
    tests_require=['pytest'],
    entry_points={
        'console_scripts': [
        ],
    },
)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29

三. 编译及运行

1.编译

回到src以上层级文件夹，编译

colcon build
source install/setup.bash
1
2

2.安装缺失库

以下命令是在基于 Ubuntu 的系统中安装 ROS 的 joint-state-publisher-gui 和 robot-state-publisher 包。这些是 ROS 组件，用于发布机器人关节状态，并提供一个 GUI（图形用户界面）来手动操作这些关节状态，非常有用于调试和可视化机器人模型的运动。

sudo apt install ros-$ROS_DISTRO-joint-state-publisher-gui ros-$ROS_DISTRO-robot-state-publisher

1
2

在安装完毕后，可以使用如下命令来检查是否安装成功：

apt list --installed | grep ros-$ROS_DISTRO-joint-state-publisher-gui
apt list --installed | grep ros-$ROS_DISTRO-robot-state-publisher

1
2
3

3.运行

ros2 launch rviz2_4_udf_package display_rviz2.launch.py
1

打开add按钮，添加RobotModel，然后选择当前的机器人

在RobotModel的DescriptionTopic中选择当前机器人

在GlobalOption的FixFrame中选择base_link

最终呈现的效果如下