ROS机器人入门-机器人系统仿真（二）

ROS9

URDF 文件是一个标准的 XML 文件，在 ROS 中预定义了一系列的标签用于描述机器人模型，机器人模型可能较为复杂，但是 ROS 的 URDF 中机器人的组成却是较为简单，可以主要简化为两部分:连杆(link标签) 与关节(joint标签)，接下来我们就通过案例了解一下 URDF 中的不同标签:

robot 根标签，类似于 launch文件中的launch标签
link 连杆标签
joint 关节标签
gazebo 集成gazebo需要使用的标签

gazebo标签在使用 gazebo 仿真时用于配置仿真环境所需参数，比如: 机器人材料属性、gazebo插件等，但是该标签不是机器人模型必须的，只有在仿真时才需设置。

robot

urdf 中为了保证 xml 语法的完整性，使用了robot标签作为根标签，所有的 link 和 joint 以及其他标签都必须包含在 robot 标签内,在该标签内可以通过 name 属性设置机器人模型的名称

属性

name：机器人模型名称

子标签

robot是根标签，其他标签都必须在robot标签内。

link

urdf 中的 link 标签用于描述机器人某个部件(也即刚体部分)的外观和物理属性，比如: 机器人底座、轮子、激光雷达、摄像头…每一个部件都对应一个 link, 在 link 标签内，可以设计该部件的形状、尺寸、颜色、惯性矩阵、碰撞参数等一系列属性。

属性

name：连杆名称

子标签

visual：描述外观(对应的数据是可视的)
- geometry：连杆形状
  - 标签1: box(盒状)
    - 属性:size=长(x) 宽(y) 高(z)
  - 标签2: cylinder(圆柱)
    - 属性:radius=半径 length=高度
  - 标签3: sphere(球体)
    - 属性:radius=半径
  - 标签4: mesh(为连杆添加皮肤)
    - 属性: filename=资源路径(格式:package:////文件)
- origin ：偏移量与倾斜弧度
  - 属性1: xyz=x偏移 y偏移 z偏移
  - 属性2: rpy=x翻滚 y俯仰 z偏航 (单位是弧度)
- metrial：材料属性(颜色)
  - 属性: name
  - 标签: color
    - 属性: rgba=红绿蓝权重值与透明度 (每个权重值以及透明度取值[0,1])
collision：连杆碰撞属性
Inertial ：连杆惯性矩阵

案例实现

编写可视化部分 visual标签

基本几何形状 geometry标签

分成生成长方体、圆柱与球体的机器人部件

<robot name="robot">
    <link name="base_link">
        <!-- 可视化标签-->
        <visual>
            <!-- 形状-->
            <geometry>
                <!-- 长方体-->
                <!-- <box size="1 0.5 0.2"/> -->
                <!-- 圆柱体-->
                <!-- <cylinder radius="0.3" length="1"/> -->
                <!-- 球体-->
                <!-- <sphere radius="0.4"/> -->
                <!-- 外观-->
            </geometry>
        </visual>
    </link>
</robot>

加载模型文件 mesh标签

<robot name="robot">
    <link name="base_link">
        <!-- 可视化标签-->
        <visual>
            <!-- 形状-->
            <geometry>
            	<!-- 模型 -->
                <mesh filename="package://功能包/模型路径"/>
            </geometry>
        </visual>
    </link>

设置偏移量与欧拉角 origin标签

我们可以看到上面加载的小车模型的姿态是垂直于平面的，我们可以通过origin标签实现小车的移动与倾斜。

<robot name="robot">
    <link name="base_link">
        <!-- 可视化标签-->
        <visual>
            <!-- 形状-->
            <geometry>
                <!-- 长方体-->
                <!-- <box size="1 0.5 0.2"/> -->
                <!-- 圆柱体-->
                <!-- <cylinder radius="0.3" length="1"/> -->
                <!-- 球体-->
                <!-- <sphere radius="0.4"/> -->
                <!-- 外观-->
                <mesh filename="package://urdf_test/meshes/autolabor_mini.stl"/>
            </geometry>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"></origin>
        </visual>
    </link>
</robot>

平移 xyz

翻滚 rpy:x

俯仰 rpy:y

偏航 rpy:z

通过改变模型的翻滚角度设为90度，弧度约为1.57，就可以使小车模型平行于平面。

设置颜色 material标签

<robot name="robot">
    <link name="base_link">
        <!-- 可视化标签-->
        <visual>
            <!-- 形状-->
            <geometry>
                <mesh filename="package://urdf_test/meshes/autolabor_mini.stl"/>
            </geometry>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="1.57 0 0"></origin>
            <material name="color" >
                <color rgba="0 0 1 1"></color>
            </material>
        </visual>
    </link>
</robot>

joint

urdf 中的 joint 标签用于描述机器人关节的运动学和动力学属性，还可以指定关节运动的安全极限，机器人的两个部件(分别称之为 parent link 与 child link)以”关节”的形式相连接，不同的关节有不同的运动形式: 旋转、滑动、固定、旋转速度、旋转角度限制….,比如:安装在底座上的轮子可以360度旋转，而摄像头则可能是完全固定在底座上。

joint标签对应的数据在模型中是不可见的

属性

name —> 为关节命名
type —> 关节运动形式
- continuous: 旋转关节，可以绕单轴无限旋转
- revolute: 旋转关节，类似于 continues,但是有旋转角度限制
- prismatic: 滑动关节，沿某一轴线移动的关节，有位置极限
- planer: 平面关节，允许在平面正交方向上平移或旋转
- floating: 浮动关节，允许进行平移、旋转运动
- fixed: 固定关节，不允许运动的特殊关节

子标签

parent (必填)

parent link的名字是一个强制的属性：
- link:父级连杆的名字，是这个link在机器人结构树中的名字。
child(必填)

child link的名字是一个强制的属性：
- link:子级连杆的名字，是这个link在机器人结构树中的名字。
origin
- 属性: xyz=各轴线上的偏移量 rpy=各轴线上的偏移弧度。
axis
- 属性: xyz用于设置围绕哪个关节轴运动。