初次接触URDF

使用URDF创建机器人3D仿真模型

在真实的机器人上编程可以更好地让我们理解机器人的控制方式,因为真实的机器人会有反馈.如果没有真实的机器人,那么ROS仿真是一个很好的选择.

ROS通过URDF(Unified Robot Description Format)描述机器人硬件尺寸布局.

1.创建一个Ros包

catkin_create_pkg smart_car std_msgs rospy roscpp urdf

catkin_create_pkg最后一个参数是引入urdf 库

cd smart_car

mkdir urdf

2.创建一个launch文件

在包目录下创建一个launch文件夹,并新建文件display.launch,如下所示

第一个输入参数 model 就是要启动的urdf文件路径。

第二个输入参数 gui 指定是否启用关节转动控制面板窗口。

该文件可以帮助启动RViz来观察机器人。其中有三个node，一个是rviz,另外两个joint_state_publisher robot_state_publisher是必须的node。

3.创建基座base_link

ROS里面把每个零件称为link,作为基座的link统一称为base_link.其他的link都要依附到base_link上.这里把下层的板作为base_link.新建一个urdf文件,名为sp1s.urdf,其代码如下:

link可以指定许多属性：

<inertial>    定义惯性

<visual>     定义一个link的外观，大小，颜色和材质纹理贴图

<collision>定义碰撞检测属性

我们详细看一下<visual>的定义：

<geometry> 定义了几何形状为一个立方体，三个参数分别为长宽高，单位是米(m). 这里我们指定下层小车板子的板的尺寸。

<geometry>可以有好几个选项：<box> 立方体  <cylinder>圆柱体  <sphere>球体     <material> 指定颜色rgb和透明度a.  它们取值范围都是[０,1] 区间。

4.运行下面命令

roslaunch smart_car display.launch gui:=true
出现如下的显示界面

这时只是显示了一个半透明的长方体，就是我们的主体部分。中间的黄色点代表了base_link的原点，也是整个RViz世界的原点。

5.下面创建轮子

创建四个轮子,名字分别是tyer_front_left,tyer_front_right,tyer_back_left,tyer_back_right,尺寸大小直径为6.8cm,厚度为2.5cm,下面先以一个轮子为例:

定义黄色的轮子tyer_front_left

添加了一个关节 joint将base_link和tyer_front_left关联在一起，为了简单,将joint定义为fixed类型。

两个及以上的link定义到一个文件里必须使用joint关联，否则出错.

6.运行下面命令

roslaunch smart_car display.launch gui:=true

可以看到黄色的轮子显示到了车身的中央，因为它的原点origin和base_link的origin重合. 选中TFcheckbox,就会显示出ＸＹＺ坐标轴，红色为X， 绿色为Y，蓝色为Z。

7.下面将讲述如何使用joint将轮子平移到左上方并旋转。

1)建立可以转动的joint

1. 将joint的类型改为"continuous" 这样front_left相对base_link就是一个转动的装置

2. 转动的位置就是由 origin定义的，它同时定义了tyer_front_left的新原点，之前它的原点默认就是base_link的原点

xyz 是相对parent base_link原点的偏移, 它把轮子移动到了左前方。其中：

z = -0.011m = 6.8cm/2-4.5cm，保证轮子是在地上的

y = 0.064m = 15cm/2 - 2.5cm / 2 (轮子厚度) + offset

pry 是分别以 x y z 轴为中心转动的角度(弧度制) 1.57075 就是9０度。 围绕x轴旋转9０度轮子就竖了起来。

3. axis重新定义转动轴在原点的方向，它是一个矢量，只指示方向，它们必须满足 x * x + y * y + z * z = 1   原点Ｚ轴已经被旋转9０度变成水平方向，所以这里定义Ｚ轴方向为转动方向

2)运行命令

roslaunch smart_car display.launch gui:=true

3)添加四个轮子

roslaunch smart_car display.launch gui:=true

4)添加四个柱子

上下层的四个角上是高3cm的柱子. 在上面urdf的基础上再添加下面的内容添加一个左前方的柱子。

1. 柱子不转动，所以joint的类型为 fixed

2. joint里面定义改变了柱子的原点为 xyz="0.13 0.07 0.0015" 是相对base_link的

3. link里面也定义了原点为xyz="0 0 0.015"， 这里只是显示上的偏移，它相对于joint里面定义的原点，但并不改变joint里面定义的物理原点

4. 接下来重复加三个柱子，详见最后一段的urdf定义

运行命令之后

5)添加上层

6)下面是完整的代码

<?xml version="1.0"?>
      <robot name="sp1s">
      <link name="base_link">
        <visual>
          <geometry>
            <box size="0.27 .15 .003"/>
          </geometry>
          <material name="white">
             <color rgba="1 1 1 .5"/>
        </material>
        </visual>
      </link>  

      <link name="tyer_front_left">
        <visual>
          <geometry>
           <cylinder length=".025" radius="0.034"></cylinder>
          </geometry>
          <material name="yellow">
              <color rgba="1 1 0 1"/>
          </material>
        </visual>
      </link>
    <link name="tyer_front_right">
        <visual>
          <geometry>
           <cylinder length=".025" radius="0.034"></cylinder>
          </geometry>
          <material name="yellow">
              <color rgba="1 1 0 1"/>
          </material>
        </visual>
      </link>  

<link name="tyer_back_left">
        <visual>
          <geometry>
           <cylinder length=".025" radius="0.034"></cylinder>
          </geometry>
          <material name="yellow">
              <color rgba="1 1 0 1"/>
          </material>
        </visual>
      </link>
<link name="tyer_back_right">
        <visual>
          <geometry>
           <cylinder length=".025" radius="0.034"></cylinder>
          </geometry>
          <material name="yellow">
              <color rgba="1 1 0 1"/>
          </material>
        </visual>
      </link>
<link name="pillar_front_left">
    <visual>
    <geometry>
    <cylinder length=".03" radius="0.0025"></cylinder>
    </geometry>
    <origin xyz="0 0 0.015"/>
    <material name="silver">
    <color rgba=".86 .86 .86 1"/>
    </material>
    </visual>
</link>
<link name="pillar_front_right">
    <visual>
      <geometry>
       <cylinder length=".03" radius="0.0025"></cylinder>
      </geometry>
      <origin xyz="0 0 0.015"/>
      <material name="silver">
          <color rgba=".86 .86 .86 1"/>
      </material>
    </visual>
  </link>  

  <link name="pillar_back_left">
    <visual>
      <geometry>
       <cylinder length=".03" radius="0.0025"></cylinder>
      </geometry>
      <origin xyz="0 0 0.015"/>
      <material name="silver">
          <color rgba=".86 .86 .86 1"/>
      </material>
    </visual>
  </link>  

  <link name="pillar_back_right">
    <visual>
      <geometry>
       <cylinder length=".03" radius="0.0025"></cylinder>
      </geometry>
      <origin xyz="0 0 0.015"/>
      <material name="silver">
          <color rgba=".86 .86 .86 1"/>
      </material>
    </visual>
  </link>
    <link name="top_link">
      <visual>
        <geometry>
          <box size="0.27 .15 .003"/>
        </geometry>
        <material name="white">
           <color rgba="1 1 1 .5"/>
      </material>
      </visual>
    </link>  

    <joint name="base_to_top" type="fixed">
      <origin xyz="0  0  0.03"/>
      <parent link="base_link"/>
      <child link="top_link"/>
    </joint>
      <joint name="base_to_front_left" type="continuous">
        <origin rpy="1.57075 0 0" xyz="0.06 0.064 -0.011"/>
        <parent link="base_link"/>
        <child link="tyer_front_left"/>
        <axis xyz="0 0 1"/>
      </joint>
     <joint name="base_to_front_right" type="continuous">
        <origin rpy="1.57075 0 0" xyz="0.06 -0.064 -0.011"/>
        <parent link="base_link"/>
        <child link="tyer_front_right"/>
        <axis xyz="0 0 1"/>
      </joint>
     <joint name="base_to_back_left" type="continuous">
        <origin rpy="1.57075 0 0" xyz="-0.06 0.064 -0.011"/>
        <parent link="base_link"/>
        <child link="tyer_back_left"/>
        <axis xyz="0 0 1"/>
      </joint>
     <joint name="base_to_back_right" type="continuous">
        <origin rpy="1.57075 0 0" xyz="-0.06 -0.064 -0.011"/>
        <parent link="base_link"/>
        <child link="tyer_back_right"/>
        <axis xyz="0 0 1"/>
      </joint>
    <joint name="base_to_pillar_front_left" type="fixed">
    <origin xyz="0.13  0.07  0.0015"/>
        <parent link="base_link"/>
        <child link="pillar_front_left"/>
    </joint>
<joint name="base_to_pillar_front_right" type="fixed">
    <origin xyz="-0.13  0.07  0.0015"/>
    <parent link="base_link"/>
    <child link="pillar_front_right"/>
  </joint>  

  <joint name="base_to_pillar_back_left" type="fixed">
    <origin xyz="0.13  -0.07  0.0015"/>
    <parent link="base_link"/>
    <child link="pillar_back_left"/>
  </joint>  

  <joint name="base_to_pillar_back_right" type="fixed">
    <origin xyz="-0.13  -0.07  0.0015"/>
    <parent link="base_link"/>
    <child link="pillar_back_right"/>
  </joint>
    </robot>