ROS学习笔记十：URDF详解

Unified Robot Description Format，简称为URDF（标准化机器人描述格式）,是一种用于描述机器人及其部分结构、关节、自由度等的XML格式文件。

一、URDF语法规范

参见：XML 基础学习

二、URDF教程

如下图所示，本节将创建一个如下图所示结构的机器人模型。

2.1 基础模型

上图所示是一个树形机器人模型，我们先从机器人的整体结构出发，不考虑过多的细节，可以将机器人通过如下的URDF表示：

<robot name="test_robot">
  <link name="link1" />
  <link name="link2" />
  <link name="link3" />
  <link name="link4" />
 
  <joint name="joint1" type="continuous">
    <parent link="link1"/>
    <child link="link2"/>
  </joint>
 
  <joint name="joint2" type="continuous">
    <parent link="link1"/>
    <child link="link3"/>
  </joint>
 
  <joint name="joint3" type="continuous">
    <parent link="link3"/>
    <child link="link4"/>
  </joint>
</robot>

上边的URDF模型定义了机器人的4个环节（link），然后定义了三个关节（joint）来描述环节之间的关联。

ROS为用户提供了一个检查URDF语法的命令：

check_urdf my_robot.urdf

如果一切正常，将会有如下显示：

robot name is: test_robot
---------- Successfully Parsed XML ---------------
root Link: link1 has 2 child(ren)
    child(1):  link2
    child(2):  link3
    child(1):  link4

2.2 添加机器人尺寸

在基础模型之上，我们为机器人添加尺寸大小。由于每个环节的参考系都位于该环节的底部，关节也是如此，所以在表示尺寸大小时，只需要描述其相对于连接的关节的相对位置关系即可。URDF中的<origin>域就是用来表示这种相对关系。

例如，joint2相对于连接的link1在x轴和y轴都有相对位移，而且在x轴上还有90度的旋转变换，所以表示成<origin>域的参数就如下所示：

<origin xyz="-2 5 0" rpy="0 0 1.57" />

为所有关节应用尺寸：

<robot name="test_robot">
  <link name="link1" />
  <link name="link2" />
  <link name="link3" />
  <link name="link4" />
 
  <joint name="joint1" type="continuous">
    <parent link="link1"/>
    <child link="link2"/>
    <origin xyz="5 3 0" rpy="0 0 0" />
  </joint>
 
  <joint name="joint2" type="continuous">
    <parent link="link1"/>
    <child link="link3"/>
    <origin xyz="-2 5 0" rpy="0 0 1.57" />
  </joint>
 
  <joint name="joint3" type="continuous">
    <parent link="link3"/>
    <child link="link4"/>
    <origin xyz="5 0 0" rpy="0 0 -1.57" />
  </joint>
</robot>

再次使用check_urdf检查通过后继续下一步。

2.3 添加运动学参数

如果我们为机器人的关节添加旋转轴参数，那么该机器人模型就可以具备基本的运动学参数。

例如，joint2围绕正y轴旋转，可以表示成：

<axis xyz="0 1 0" />

同理，joint1的旋转轴是：

<axis xyz="-0.707 0.707 0" />

应用到我们的URDF中：

<robot name="test_robot">
  <link name="link1" />
  <link name="link2" />
  <link name="link3" />
  <link name="link4" />
 
  <joint name="joint1" type="continuous">
    <parent link="link1"/>
    <child link="link2"/>
    <origin xyz="5 3 0" rpy="0 0 0" />
    <axis xyz="-0.9 0.15 0" />
  </joint>
 
  <joint name="joint2" type="continuous">
    <parent link="link1"/>
    <child link="link3"/>
    <origin xyz="-2 5 0" rpy="0 0 1.57" />
    <axis xyz="-0.707 0.707 0" />
  </joint>
 
  <joint name="joint3" type="continuous">
    <parent link="link3"/>
    <child link="link4"/>
    <origin xyz="5 0 0" rpy="0 0 -1.57" />
    <axis xyz="0.707 -0.707 0" />
  </joint>
</robot>

继续使用check_urdf检查语法错误。

2.4 图形化显示URDF模型

如果你希望以图形的方式来查看它，那么可以使用urdf_to_graphiz命令工具：

$ urdf_to_graphiz my_robot.urdf

此命令将生成两个文件：my_robot.gv 和 my_robot.pdf。可以使用 evince 打开：

$ evince my_robot.pdf

然后即可看到图形化的URDF：

三、更多示例

参见：ROS_wiki_Example

参考：

ROS探索总结（二十三）——解读URDF