0 专栏介绍

本专栏旨在通过对ROS的系统学习，掌握ROS底层基本分布式原理，并具有机器人建模和应用ROS进行实际项目的开发和调试的工程能力。

🚀详情：《ROS从入门到精通》

1 urdf文件是什么？

统一(标准化)机器人描述格式(Unified Robot Description Format, URDF)以XML标签文件的方式描述机器人的部分结构——例如底盘、摄像头、激光雷达、机械臂以及不同关节的自由度，该描述文件可被C++内置解释器转换成可视化的机器人模型，是 ROS 中实现机器人仿真的重要组件。

关于xml文件的基本语法格式请参考ROS从入门到精通1-3：ROS运行管理与常用配置文件

2 urdf基本语法

2.1 robot标签

urdf中为保证XML语法的完整性，使用robot作为根标签，其他所有标签都必须包含在robot标签内，在该标签内可通过name属性设置机器人模型的名称。

2.2 link标签

urdf中的link标签用于描述机器人某个刚性部件(连杆)的外观和物理属性，例如机器人底座、轮子、激光雷达、摄像头等。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。

其常见子标签阐述如下

2.2.1 visual标签

可视标签visual用于描述连杆的外观信息，其下还有子标签

• geometry标签

  geometry标签用于描述连杆形状

  1. 子标签：盒状box，属性：长x、宽y、高z
  2. 子标签：圆柱状cylinder，属性：半径radius、高度length
  3. 子标签：球状sphere，属性：半径radius
  4. 子标签：皮肤mesh，属性：皮肤资源路径filename，格式为package:///.../file

• origin标签

  origin标签用于描述偏移量与倾斜弧度

  • 属性：笛卡尔坐标xyz，欧拉角坐标rpy(单位弧度)

• material标签

  material标签用于描述材料属性

  • 属性：名称name

  1. 子标签： 颜色color，属性：RGBA色系rgba

2.2.2 collision标签

collision标签用于描述连杆碰撞属性

2.2.3 inertial标签

inertial标签用于描述连杆惯性矩阵

2.3 joint标签

urdf中的joint标签用于描述机器人关节的运动学、动力学、安全极限等属性(该属性在模型中不可见)，机器人的两个连杆间以关节形式连接，不同关节有不同运动形式——旋转、滑动、固定等，例如安装在底座上的轮子可以360°旋转，而摄像头则可能是完全固定在底座上。

joint标签有属性

• 关节名称name
• 关节运动形式type

  • 旋转关节continuous，可绕单轴无限旋转
  • 旋转关节revolute，可绕单轴有限旋转
  • 平动关节prismatic，可沿某轴线有限平动
  • 平面关节planer，可在平面正交方向上平移或旋转
  • 浮动关节floating，可进行平移、旋转运动
  • 固定关节fixed，不允许运动的特殊关节

joint标签常见子标签：

1. 子标签：父连杆parent，属性：父连杆名称link
2. 子标签：子连杆child，属性：子连杆名称link
3. 子标签：偏移量与倾斜弧度origin，属性：笛卡尔坐标xyz，欧拉角坐标rpy(单位弧度)
4. 子标签：运动方向axis，属性笛卡尔坐标xyz

3 案例一：分别生成球体的机器人部件

分别生成长方体、圆柱与球体的机器人部件

<robot name="simple">
  <link name="base_link">
    <visual>
        
        <geometry>
            
            
            
            
            
            <sphere radius="0.3" />
        geometry>
        
        <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
        
        <material name="black">
            <color rgba="0.7 0.5 0 0.5" />
        material>
    visual>
  link>
robot>
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4 案例二：自定义机器人

制作一个简单机器人:先定义连杆，再定义关节将连杆连接起来。

<robot name="robot">
    <link name="base_link">
        <visual>
            <geometry>
                <box size=".2 .3 .1"/>
            geometry>
            <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.05"/>
            <material name="white">
                <color rgba="1 1 1 1"/>
            material>
        visual>
    link>
    
    <link name="wheel1_link">
        <visual>
            <geometry>
                <cylinder length="0.05" radius="0.05"/>
            geometry>
            <origin rpy="0 1.5 0" xyz="0.1 0.1 0"/>
            <material name="black">
                <color rgba="0 0 0 1"/>
            material>
        visual>	
    link>
    
    <link name="wheel2_link">
        <visual>
            <geometry>
                <cylinder length="0.05" radius="0.05"/>
            geometry>
            <origin rpy="0 1.5 0" xyz="-0.1 0.1 0"/>
            <material name="black"/>
        visual>	
    link>
    
    <link name="wheel3_link">
        <visual>
            <geometry>
                <cylinder length="0.05" radius="0.05"/>
            geometry>
            <origin rpy="0 1.5 0" xyz="0.1 -0.1 0"/>
            <material name="black"/>
        visual>	
    link>
    
    <link name="wheel4_link">
        <visual>
            <geometry>
                <cylinder length="0.05" radius="0.05"/>
            geometry>
            <origin rpy="0 1.5 0" xyz="-0.1 -0.1 0"/>
            <material name="black"/>
        visual>	
    link>

    <joint name="wheel1_joint" type="fixed">
        <parent link="base_link"/>
        <child link="wheel1_link"/>
        <origin xyz="0 0 0"/>
    joint>
    
    <joint name="wheel2_joint" type="fixed">
        <parent link="base_link"/>
        <child link="wheel2_link"/>
        <origin xyz="0 0 0"/>
    joint>
    
    <joint name="wheel3_joint" type="fixed">
        <parent link="base_link"/>
        <child link="wheel3_link"/>
        <origin xyz="0 0 0"/>
    joint>
    
    <joint name="wheel4_joint" type="fixed">
        <parent link="base_link"/>
        <child link="wheel4_link"/>
        <origin xyz="0 0 0"/>
    joint>
robot>
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5 附录：常用工具

以案例二为例进行工具演示。

5.1 检查urdf语法

安装检查工具

sudo apt install liburdfdom-tools
1

检查某个urdf文件

check_urdf robot.urdf
1

检查结果如下：

5.2 可视化urdf

运行以下语句

urdf_to_graphiz robot.urdf
evince robot.pdf
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即可查看urdf文件结构

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