《ROS理论与实践》学习笔记URDF机器人建模

Posted 2021-05-16 Sakurazzy

《ROS理论与实践》学习笔记（四）URDF机器人建模

• 课程内容
• • 1.URDF建模方法
  • 2.机器人建模功能包创建
  • 3.检查urdf模型结构
• 本讲作业
• • 创建一个自己的机器人模型
• 结语

在学习《ROS理论与实践》课程时，记录了学习过程中的编程练习，课后作业以及发现的问题，后续会对尚未解决的问题继续分析并更新，纯小白，仅供参考。
本次学习笔记关于课程中的第五讲：URDF机器人建模 。主要学习了ROS的URDF建模方法。

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课程内容

1.URDF建模方法

1. < link >
   描述机器人某个刚体部分的外观和物理属性
2. < joint >
   描述两个link之间的关系，包括关节运动的位置和速度限制

关节类型	描述
continuous	旋转关节 ，可绕单轴无限旋转
rebolute	旋转关节，有旋转角度极限
prismatic	滑动关节，右位置极限
planar	平面关节，允许在平面正交方向上平移或旋转
floating	浮动关节，允许平移、旋转运动
fixed	固定关节

3. < robot >
   机器人模型顶层标签

   <robot name="xxx">
   	<link>  ... </link>
   	<link>  ... </link>
   	<joint> ... </joint>
   	<joint> ... </joint>
   </robot>
   

2.机器人建模功能包创建

$ catkin_create_pkg mybot_description urdf xacro

文件夹名称	功能
urdf	存放机器人模型的urdf或xacro文件
meshes	放置urdf中引用的模型渲染文件
launch	保存相关启动文件
config	保存rviz的配置文件

3.检查urdf模型结构

$ urdf_to_graphiz mybot_base.urdf

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本讲作业

创建一个自己的机器人模型

urdf模型文件如下：

<?xml version="1.0" ?>
<robot name="mybot">

    <link name="base_link">
        <visual>
            <origin xyz=" 0 0 0" rpy="0 0 0" />
            <geometry>
                <cylinder length="0.05" radius="0.20"/>
            </geometry>
            <material name="yellow">
                <color rgba="1 0.4 0 1"/>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <joint name="left_motor_joint" type="fixed">
        <origin xyz="-0.1 0.11 0" rpy="0 0 0"/>
        <parent link="base_link"/>
        <child link="left_motor_link"/>
        <axis xyz="0 1 0"/>
    </joint>

    <link name="left_motor_link">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="1.5707 0 0" />
            <geometry>
                <cylinder radius="0.04" length = "0.18"/>
            </geometry>
            <material name="white">
                <color rgba="1 1 1 0.9"/>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <joint name="left_wheel_joint" type="continuous">
        <origin xyz="0 0.1025 0" rpy="0 0 0"/>
        <parent link="left_motor_link"/>
        <child link="left_wheel_link"/>
        <axis xyz="0 1 0"/>
    </joint>

    <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">
                <color rgba="1 1 1 0.9"/>
            </material>
        </visual>
    </link>

        <joint name="right_motor_joint" type="fixed">
        <origin xyz="-0.1 -0.11 0" rpy="0 0 0"/>
        <parent link="base_link"/>
        <child link="right_motor_link"/>
        <axis xyz="0 1 0"/>
    </joint>

        <link name="right_motor_link">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="1.5707 0 0" />
            <geometry>
                <cylinder radius="0.04" length = "0.18"/>
            </geometry>
            <material name="white">
                <color rgba="1 1 1 0.9"/>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <joint name="right_wheel_joint" type="continuous">
        <origin xyz="0 -0.1025 0" rpy="0 0 0"/>
        <parent link="right_motor_link"/>
        <child link="right_wheel_link"/>
        <axis xyz="0 1 0"/>
    </joint>

    <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">
                <color rgba="1 1 1 0.9"/>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <joint name="front_caster_joint" type="continuous">
        <origin xyz="0.18 0 -0.025" rpy="0 0 0"/>
        <parent link="base_link"/>
        <child link="front_caster_link"/>
        <axis xyz="0 1 0"/>
    </joint>

    <link name="front_caster_link">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 -0.025" rpy="1.5707 0 0"/>
            <geometry>
                <cylinder radius="0.025" length = "0.01"/>
            </geometry>
            <material name="black">
                <color rgba="0 0 0 0.95"/>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <link name="camera_link">
        <visual>
            <origin xyz=" 0 0 0 " rpy="0 0 0" />
            <geometry>
                <box size="0.03 0.04 0.04" />
            </geometry>
            <material name="black">
                <color rgba="0 0 0 0.95"/>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <joint name="camera_joint" type="fixed">
        <origin xyz="0.17 0 0.025" rpy="0 0 0"/>
        <parent link="base_link"/>
        <child link="camera_link"/>
    </joint>

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

    <joint name="kinect_joint" type="fixed">
        <origin xyz="0.11 0 0.06" rpy="0 0 0"/>
        <parent link="base_link"/>
        <child link="kinect_link"/>
    </joint>
</robot>

launch文件代码如下：

<launch>
	<param name="robot_description" textfile="$(find mybot_description)/urdf/mybot_all.urdf" />

	<!-- 设置GUI参数，显示关节控制插件 -->
	<param name="use_gui" value="true"/>
	
	<!-- 运行joint_state_publisher节点，发布机器人的关节状态  -->
	<node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" />
	
	<!-- 运行robot_state_publisher节点，发布tf  -->
	<node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="state_publisher" />
	
	<!-- 运行rviz可视化界面 -->
	<node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" args="-d $(find mybot_description)/config/mybot_urdf.rviz" required="true" />
</launch>

运行效果：

$ roslaunch mybot_description display_mybot_all_urdf.launch

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结语

本讲主要学习了urdf的建模方法，并完成了自己的机器人模型的建模。