从0手写两轮差速机器人urdf模型

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前言

最近为找到与自己课题应用场景相适应的机器人结构，对机器人建模方面的内容进行了了解和学习，计划是通过solidworks自己设计一个机器人模型，然后将其导入到gazebo仿真环境下进行三维世界的仿真。先实现最简单的创建两轮差速机器人urdf模型

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一、基本理论

URDF（Unified Robot Description Format）即统一机器人描述格式，是ROS中一个非常重要的机器人模型描述格式，包含link和joint自身及相关属性的描述信息，可以通过手写URDF文件中XML格式代码来构建自己的机器人模型。

（1）描述机器人某个刚体部分的外观和物理属性
（2）描述连杆尺寸（size）、颜色（color）、形状（shape）、惯性矩阵（inertial matrix）、碰撞参数（collision properties）等
（3）每个link会成为一个坐标系

（1）描述两个link之间的关系，分为六种类型
（2）包括关节运动的位置和速度限制
（3）描述机器人关节的运动学和动力学属性

（1）完整机器人模型的最顶层标签
（2）和标签都必须包含在标签内
（3）一个完整的机器人模型，由；一系列和组成

二、实现步骤

1.创建一个机器人建模功能包

（1）创建工作空间：mkdir -p ~/test_ws/src

（2）在新创建的test工作空间的src文件夹中创建mbot_description建模功能包，即在src文件夹下，打开终端，输入：

catkin_create_pkg mbot_description urdf xacro
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（3）在mbot_description功能包下床价以下4个文件夹：

urdf: 存放机器人模型的URDF或xacro文件

meshes: 放置URDF中饮用的模型渲染文件

launch: 保存相关启动文件

config: 保存rviz的配置文件

2.使用圆柱体创建一个车体模型

（1）进入mbot_description功能包中的urdf文件夹，打开终端，输入：

touch mbot.urdf
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（2）手写link和node对机器人模型进行描述
base_link

<?xml version="1.0" ?>   	 <!-- xml版本号为1.0 -->
<robot name="mbot">      	 <!--设置机器人的名字 -->


    <link name="base_link">   			                <!--设置link名字：base_link为底盘 -->
        <visual>									    <!--visual为可视化部分 -->
            <origin xyz=" 0 0 0" rpy="0 0 0" />  	    <!--机器人的初始位置 -->
            <geometry>
                <cylinder length="0.16" radius="0.20"/> <!--机器人主体设为圆柱体，高度0.16m，半径0.20m -->
            </geometry>
            <material name="Yellow"/>					<!--设置机器人底座的外观颜色 -->
        </visual>
    </link>

</robot>
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颜色 material

    <material name="Black">
        <color rgba="0 0 0 1"/>
    </material>
    <material name="White">
        <color rgba="1 1 1 0.95"/>
    </material>
    <material name="Blue">
        <color rgba="0 0 1 1"/>
    </material>
    <material name="Yellow">
        <color rgba="1 0.4 0 1"/>
    </material>
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（3）写launch文件调用rviz进行显示

进入工作空间的launch文件夹中，打开终端，输入：

touch display_mbot_urdf.launch
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在launch文件中输入以下指令：

<launch>
	<!-- 设置机器人模型路径参数 -->
	<param name="robot_description" textfile="$(find mbot_description)/urdf/mbot.urdf" />

	<!-- 运行joint_state_publisher节点，发布机器人的关节状态  -->
	<node name="joint_state_publisher_gui" pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" />
	
	<!-- 运行robot_state_publisher节点，发布tf  -->
	<node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" />
	
	<!-- 运行rviz可视化界面 -->
	<node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" args="-d $(find mbot_description)/config/mbot_urdf.rviz" required="true" />
</launch>
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运行launch文件前在工作空间下进行编译，在终端输入catkin_make，确保环境变量能够找到功能包。
颜色 material

    <material name="Black">
        <color rgba="0 0 0 1"/>
    </material>
    <material name="White">
        <color rgba="1 1 1 0.95"/>
    </material>
    <material name="Blue">
        <color rgba="0 0 1 1"/>
    </material>
    <material name="Yellow">
        <color rgba="1 0.4 0 1"/>
    </material>
```![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/b3bdaecc9d874c22ba9afb7875504364.png#pic_center)
启动mbot_description.launch文件，打开终端输入：

```cpp
roslaunch mbot_description display_mbot_urdf.launch
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出现报错：
在终端输入：

echo 'source ~/test_ws/devel/setup.bash' >> ~/.bashrc
source .bashrc
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再次启动mbot_description.launch文件，可成功启动

通过Add来添加一个机器人模型：

报错No transform from [base_link] to [map]，将Fixed Frame改为base_link，可成功显示机器人底盘，如图：

mbot_description.launch
为避免下次启动还要重新添加一遍，保存一下
mbot_description.launch

2.同理创建机器人其它构件

左轮 left_wheel_link

   <link name="left_wheel_link">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="1.5707 0 0" />
            <geometry>
                <cylinder radius="0.06" length = "0.025"/>
            </geometry>
            <material name="White"/>
        </visual>
    </link>

    <joint name="left_wheel_joint" type="continuous">
        <origin xyz="0 0.19 -0.05" rpy="0 0 0"/>
        <parent link="base_link"/>
        <child link="left_wheel_link"/>
        <axis xyz="0 1 0"/>
    </joint>
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右轮 right_wheel_link

   <link name="right_wheel_link">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="1.5707 0 0" />
            <geometry>
                <cylinder radius="0.06" length = "0.025"/>
            </geometry>
            <material name="White"/>
        </visual>
    </link>

    <joint name="right_wheel_joint" type="continuous">
        <origin xyz="0 -launch0.19 -0.05" rpy="0 0 0"/>
        <parent link="base_link"/>
        <child link="right_wheel_link"/>
        <axis xyz="0 1 0"/>
    </joint>
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前后支撑轮 CASTER

  <link name="front_caster_link">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
            <geometry>
                <sphere radius="0.015" />
            </geometry>
            <material name="Black"/>
        </visual>
    </link>

    <joint name="front_caster_joint" type="fixed">
        <origin xyz="0.18 0 -0.095" rpy="0 0 0"/>
        <parent link="base_link"/>
        <child link="front_caster_link"/>
    </joint>

    <link name="back_caster_link">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
            <geometry>
                <sphere radius="0.015" />
            </geometry>
            <material name="Black"/>
        </visual>
    </link>

    <joint name="back_caster_joint" type="fixed">
        <origin xyz="-0.18 0 -0.095" rpy="0 0 0"/>
        <parent link="base_link"/>
        <child link="back_caster_link"/>
    </joint>
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创建成功，运行mbot_description.launch文件，如图：

3.机器人模型添加传感器

（1）添加激光雷达
保存上面构建的机器人呢小车基本模型，在urdf文件夹下复制mbot.urdf文件，重新起名为mbot_with_laser.urdf

mbot_with_laser.urdf整个机器人底盘都是不需要更改的，唯一需要添加的就是激光雷达传感器的模型。

激光雷达 laser

  <link name="laser_link">
		<visual>
			<origin xyz=" 0 0 0 " rpy="0 0 0" />
			<geometry>
				<cylinder length="0.05" radius="0.05"/>
			</geometry>
			<material name="Black"/>
		</visual>
    </link>

    <joint name="laser_joint" type="fixed">
        <origin xyz="0 0 0.105" rpy="0 0 0"/>
        <parent link="base_link"/>
        <child link="laser_link"/>
    </joint>
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添加启动的display_mbot_with_laser_urdf.launch文件

<launch>
	<!-- 设置机器人模型路径参数 -->
	<param name="robot_description" textfile="$(find mbot_description)/urdf/mbot_with_laser.urdf" />
	
	<!-- 运行joint_state_publisher节点，发布机器人的关节状态  -->
	<node name="joint_state_publisher_gui" pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" />
	
	<!-- 运行robot_state_publisher节点，发布tf  -->
	<node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" />
	
	<!-- 运行rviz可视化界面 -->
	<node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" args="-d $(find mbot_description)/config/mbot_urdf.rviz" required="true" />
</launch>
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启动launch文件如下图：

（2）添加kinect相机
同理复制mbot.urdf文件，重命名display_mbot_with_kinect_urdf.launch

深度相机 kinect

<link name="kinect_link">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 1.5708"/>
            <geometry>
                <mesh filename="package://mbot_description/meshes/kinect.dae" />
            </geometry>
        </visual>
    </link>

    <joint name="kinect_joint" type="fixed">
        <origin xyz="0.15 0 0.11" rpy="0 0 0"/>
        <parent link="base_link"/>
        <child link="kinect_link"/>
    </joint>
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添加启动的display_mbot_with_kinect_urdf.launch文件

<launch>
	<!-- 设置机器人模型路径参数 -->
	<param name="robot_description" textfile="$(find mbot_description)/urdf/mbot_with_kinect.urdf" />
	
	<!-- 运行joint_state_publisher节点，发布机器人的关节状态  -->
	<node name="joint_state_publisher_gui" pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" />
	
	<!-- 运行robot_state_publisher节点，发布tf  -->
	<node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" />
	
	<!-- 运行rviz可视化界面 -->
	<node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" args="-d $(find mbot_description)/config/mbot_urdf.rviz" required="true" />
</launch>
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启动launch文件如下图：

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