ROS中３D机器人建模(一)

一，机器人建模的ＲＯＳ软件包

*urdf : 机器人建模最重要的ros软件包是urdf软件包。这个软件包包含一个用于统一机器人描述格式(URDF)的C++解析器，它是一个表示机器人模型的XML文件，还有一些其他不同的组件来组成urdf:

*urdf_parser_plugin : 这个软件包实现了写入URDF数据结构的方法：

*urdfdom_headers : 此组件提供了使用urdf解析器的核心数据结构头文件：

*collada_parser : 这个软件包通过解析Collada文件来填充数据结构:

*urdfdom : 此组件通过解析URDF文件来填充数据结构：

*collada-dom : 这是一个独立组件，可以使用Maya,Blender和Softtimage等３D计算机图形软件对Collada文档进行转换。

我们可以使用URD来定义机器人模型，传感器和工作环境，使用URDF解析器对其进行解析。我们只能使用URDF描述一个类似树状连杆结构机器人，也就是说，机器人会有刚性连杆，并通过关节连接，我们无法用URDF表达柔性连杆。

URDF由特殊的XML标签构成，我们可以使用解析器程序解析这些XML标签以进一步处理。

*joint_state_publisher : 在使用URDF设计机器人模型时，该软件非常有用。这个软件包包含一个名为joint_state_publisher的节点，该节点读取机器人模型描述，查找所有关节，并利用GUI滑动条将关节值向所有非固定关节发布。

*kdl_parser : 运动学和运动学库(Kinematic and Dynamics,KDL）是一个ROS软件包，它包含解析器工具，可以从URDF表示中构建KDL树，运动学树可以用来发布关节的状态，也可以用来表示机器人的正/逆运动学。

*robot_state_publisher : 该软件包可以读取当前机器人的关节状态，并发布由ＵＲＤＦ构建的运动学树中每个机器人连杆的３Ｄ姿态。

*xacro : Xacro是XML Macro 的缩写，xacro可理解为URDF加上若干插件。xacro包含一些插件，让URDF变得更简短。可读性更好，并且可以用于构建复杂的机器人描述，利用ROS相应的工具，可以在需要的时候将xacro转换成URDF。

二，利用URDF理解机器人建模

我们已经讨论了urdf软件包，将进一步研究URDF XML标签，它有助于机器人建模，我们必须创建一个文件，并编写机器人的每个连杆和关节之间的连接关系，并用.urdf扩展名保存文件。

下面是组成URDF机器人模型常用的URDF标签：

*link : link标签表示机器人的单个连杆。使用此标签，我们可以为机器人的一个连杆及其属性建模。该模型包括大小、形状和颜色，甚至可以导入一个３D网络来表示机器人的连杆。我们还可以提供连杆的动态属性，如惯性属性和碰撞属性。

语法如下：

<link name ="<name of the link>">

<inertial>......</inertial>

<visual> ......</visual>

<collision> ......</collision>

</link>

*joint : joint标签表示机器人关节。我们可以指定关节的运动学和动力学，并设定关节运动和速度的极限。

joint标签支持不同类型的关节，如旋转关节(revolute),无限位旋转关节(continuous),滑动关节(prismatic),固定关节(fixed),浮动关节(floating)和平面关节(planar).

语法如下：

<joint name = "<name of the joint>">

<parent link="link1"/>

<child link="link2"/>

<calibration .... />

<dynamics damping .... />

<limit effort .... />

</joint>

在两个连杆之间会形成一个URDF关节。第一个被称为父连杆(parent),第二个被称为子连杆(child).

*robot : 这个标签封装了用URDF表示的整个机器人模型。在robot标签内，我们可以定义机器人的名字、各个连杆，以及机器人的各个关节。

语法如下：

<robot name= "<name of the robot>"

<link> .... </link>

<link> .... </link>

<joint> .... </joint>

<joint> .... </joint>

</robot>

*gazebo : 当我们在URDF中包含Gazebo仿真器的仿真参数时，使用这个标签。我们可以用这个标签包含gazebo插件、gazebo材料属性等。

以下是一个使用gazebo标签的例子：

<gazebo reference="link_1">

<material>Gazebo/Black</material>

</gazebo>

三，为机器人创建ROS软件包

为机器人创建URDF文件之前，让我们在catkin_ws的工作空间src目录下创建一个ROS软件包来保存机器人模型：

$ catkin_create_pkg mastering_ros_robot_description_pkg roscpp tf geometry_msgs urdf rviz xacro

该软件包主要依赖于urdf和xacro软件包

而我是直接从git库中下载的完整的软件包

$ git clone https://github.com/jocacace/mastering_ros_robot_description_pkg.git