安裝SolidWorks to URDF exporter插件
下載SolidWorks to URDF Exporter插件后按照網站上的步驟進行安裝（目前該插件已經在Win 7 64位系統+Solidworks 2017上驗證過。So far this add-in has been tested only on Windows 7 64bit with SolidWorks 2017 64bit. It currently does not install on 32bit machines. The add-in makes use of the most up-to-date SW API so I do not expect this tool to work with versions before SolidWorks 2012）。打開Solidworks 2016的插件對話框，可以看到SW2URDF插件已經加載並啟動：
導出單個零件到URDF文件
在Solidworks中定義好零件的材質等參數后，在工具→File→Export as URDF中打開導出對話框：
可以打開“工具→評估→質量屬性”對話框查看零件質量屬性，URDF導出界面中的質量屬性參數與Solidworks中的一致，當然也可以在導出時進行手動修改。還可以在Texture欄選擇材質貼圖文件（You can add a texture to the link by selecting the texture from your computer. This file will be copied into your URDF package），點擊Finish后將會在指定的保存目錄下生成包含URDF文件、網格文件、材質文件等的一個package.(Click finish to create the package. It will export the meshes, copy the textures and create a URDF that specifies the locations of these files.)
生成的URDF文件（Unified Robot Description Format，是一種特殊的xml 文件格式）如下：
<robot name="SarrusLink.SLDPRT"> <link name="SarrusLink"> <inertial> <origin xyz="-7.5253E-05 6.87439999999998E-20 -3.9011E-18" rpy="0 0 0" /> <mass value="1.9715" /> <inertia ixx="0.00294419345246927" ixy="-6.68772298538631E-19" ixz="-5.52225503571719E-19" iyy="0.0245212201140141" iyz="-3.65385697808336E-19" izz="0.0217833254619279" /> </inertial> <visual> <origin xyz="0 0 0" rpy="1.5707963267949 0 0" /> <geometry> <mesh filename="package://SarrusLink/meshes/SarrusLink.STL" /> </geometry> <material name=""> <color rgba="0.52941 0.54902 0.54902 1" /> <texture filename="package://SarrusLink/textures/timg.jpg" /> </material> </visual> <collision> <origin xyz="0 0 0" rpy="1.5707963267949 0 0" /> <geometry> <mesh filename="package://SarrusLink/meshes/SarrusLink.STL" /> </geometry> </collision> </link> </robot>
Solidworks中的零件被當做一個link，link可以指定許多屬性：
- <inertial> 定義慣性參數（Kinematic and dynamic description of the robot）
- <visual> 定義外觀，大小，顏色和材質紋理貼圖（Visual representation of the robot）
- <collision> 定義碰撞檢測屬性（Collision model of the robot）
V-rep中導入URDF文件
在VREP機器人仿真軟件中，可以用URDF import插件導入URDF文件：
選擇導入零件的視覺部件（visual part），在Visual properties下的Texture/geometry properties中點擊按鈕，在彈出的對話框中選擇材質貼圖導入：
rviz中顯示單個零件
將Solidworks中的單個零件導出成urdf文件后，為了在rviz中正確顯示，可以使用static_transform_publisher發布base_link和固定坐標系map之間的靜態變換，以確定零件的位置和姿態。或者可以自己寫程序發布tf變換，實時更改零件的位姿。
在Solidworks中畫一個簡單的立方體零件，然后使用SW2URDF插件導出。在ROS工作空間中使用catkin_create_pkg創建一個新的slider包，並創建scripts文件夾用於存放Python程序。
scripts文件夾中的slider.py程序（參考joint_state_publisher）：
#!/usr/bin/env python import rospy import tf import wx from math import pi from threading import Thread class Slider(wx.Frame): def __init__(self, parent, title): super(Slider, self).__init__(parent, title = title,size = (400,300)) self.InitUI() self.roll = 0.0 self.pitch = 0.0 self.yaw = 0.0 def InitUI(self): panel = wx.Panel(self) vbox = wx.BoxSizer(wx.VERTICAL) self.slider1 = wx.Slider(parent = panel,id = 1, value = 0, minValue = -900, maxValue = 900, style= wx.SL_AUTOTICKS | wx.SL_HORIZONTAL) self.slider2 = wx.Slider(parent = panel,id = 2, value = 0, minValue = -900, maxValue = 900, style= wx.SL_AUTOTICKS | wx.SL_HORIZONTAL) self.slider3 = wx.Slider(parent = panel,id = 3, value = 0, minValue = -900, maxValue = 900, style= wx.SL_AUTOTICKS | wx.SL_HORIZONTAL) self.button1 = wx.Button(panel, -1, "Center") vbox.Add(self.slider1,1,flag = wx.EXPAND | wx.ALIGN_CENTER_HORIZONTAL | wx.TOP, border = 20) vbox.Add(self.slider2,1,flag = wx.EXPAND | wx.ALIGN_CENTER_HORIZONTAL | wx.TOP, border = 20) vbox.Add(self.slider3,1,flag = wx.EXPAND | wx.ALIGN_CENTER_HORIZONTAL | wx.TOP, border = 20) vbox.Add(self.button1,1,flag = wx.EXPAND | wx.ALIGN_CENTER_HORIZONTAL | wx.TOP, border = 20) self.slider1.Bind(wx.EVT_SLIDER, self.OnSliderScroll) self.slider2.Bind(wx.EVT_SLIDER, self.OnSliderScroll) self.slider3.Bind(wx.EVT_SLIDER, self.OnSliderScroll) self.button1.Bind(wx.EVT_BUTTON, self.OnClick) panel.SetSizer(vbox) self.Centre() self.Show(True) def OnSliderScroll(self, event): obj = event.GetEventObject() val = obj.GetValue() * pi / 1800.0 id = event.GetId() if id == 1: self.roll = val elif id == 2: self.pitch = val elif id ==3 : self.yaw = val #print self.roll, self.pitch, self.yaw def OnClick(self, event): self.slider1.SetValue(0) self.slider2.SetValue(0) self.slider3.SetValue(0) self.roll = 0.0 self.pitch = 0.0 self.yaw = 0.0 def send_tf(): ex = wx.App() s = Slider(None,'Change Orientation') rospy.init_node('tf_broadcaster') br = tf.TransformBroadcaster() rate = rospy.Rate(10) # 10hz Thread(target=ex.MainLoop).start() while not rospy.is_shutdown(): br.sendTransform((0,0,0), \ tf.transformations.quaternion_from_euler(s.roll,s.pitch,s.yaw), \ rospy.Time.now(), \ "base_link", \ "map") rate.sleep() if __name__ == '__main__': try: send_tf() except rospy.ROSInterruptException: pass
part.urdf文件：
<robot name="part"> <link name="base_link"> <inertial> <origin xyz="0 0 -0.025" rpy="0 0 0" /> <mass value="0.125" /> <inertia ixx="5.20833333333333E-05" ixy="0" ixz="0" iyy="5.20833333333333E-05" iyz="0" izz="5.20833333333333E-05" /> </inertial> <visual> <origin xyz="0 0 -0.025" rpy="0 0 0" /> <geometry> <mesh filename="package://slider/meshes/part.STL" /> </geometry> <material name=""> <color rgba="0.45294 0.75294 0.35294 1" /> <texture filename="package://slider/textures/timg.jpg" /> </material> </visual> <collision> <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /> <geometry> <mesh filename="package://slider/meshes/part.STL" /> </geometry> </collision> </link> </robot>
display.launch文件：
<launch>
<param name="robot_description" textfile="$(find slider)/urdf/part.urdf" />
<node name="slider" pkg="slider" type="slider.py" />
<node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" args="-d $(find slider)/part.rviz" required="true" />
</launch>
Python中創建GUI界面用到了wxPython庫。由於GUI和ROS分別有自己的事件循環，為了不相互阻塞，可以在主線程中執行ROS循環，然后新開啟一個線程執行GUI線程。代碼中函數對象ex.MainLoop作為參數傳給它的初始化函數，再調用Thread對象的start方法，線程啟動后將執行ex.MainLoop函數。ROS程序以10Hz的頻率發布base_link相對於map的變換關系，這里只改變其姿態（GUI界面上拖動滑塊時可以改變RPY角）。
threading.Thread類的初始化函數原型：
def __init__(self, group=None, target=None, name=None, args=(), kwargs={})
- 參數group是預留的，用於將來擴展；
- 參數target是一個可調用對象，在線程啟動后執行；
- 參數name是線程的名字。默認值為“Thread-N”，N是一個數字。
- 參數args和kwargs分別表示調用target時的參數列表和關鍵字參數。
使用catkin_make編譯一下slider包，並注意環境變量的設置。沒問題后輸入下面命令打開rviz，同時通過GUI界面上的三個滑塊調整物體姿態：
$ roslaunch slider display.launch
導出裝配體到URDF文件
SW2URDF插件並沒有智能到能自動識別Solidworks裝配體中的約束，然后正確導出URDF文件，還需要我們自己在裝配體中建立參考坐標系、參考軸以及指定軸的類型。如下圖所示Joint axis的方向定義在Joint frame中，而Joint frame則相對於其父坐標系Parent frame定義：
下面我們以達芬奇手術機器人的一個臂為例子，將其Solidworks裝配體導出成URDF文件並在rviz中顯示。首先需要自己建立機器人的關節坐標系和關節參考軸，在裝配體界面的參考幾何體菜單中我們可以建立基准面、基准軸、坐標系、點等一系列參考幾何體：
按照通常習慣我們以Z軸作為關節參考軸的方向，即如果是移動關節那么就沿着Z軸方向移動，如果是轉動關節則按照右手定則繞Z軸轉動。將參考坐標系frame0建立在第一個零件base_link上，frame1建立在link1上...那么整個運動鏈為：frame0/base_link→ joint1 →frame1/link1→ joint2 →frame2/link2→ joint3 →frame3/link3→ joint4 →frame4/link4
創建好參考坐標系和參考軸后打開SW2URDF插件，按順序正確配置參數：
配置好運動鏈后點擊Preview and Export按鈕會彈出一個界面，現在需要配置關節的一些參數。需要注意的是Solidworks中建立的參考軸只有方向而沒有正負，比如Axis=(0,0,1)則運動的正方向沿着Joint frame Z軸的正方，而如果是Axis=(0,0,-1)則運動的正方向沿着Joint frame Z軸的負方向，因此要注意正負號。
另外還需要注意如果選擇prismatic或revolute這種非continuous類型的關節，需要在Limit中設定軸的運動范圍，否則后面執行launch文件時會出錯。下面就是沒有設置關節運動范圍的錯誤提示：
可以先看看生成的URDF文件中對關節1的描述，可以知道joint1是移動關節，父對象為base_link，子對象為link1。移動的正方向沿着joint1坐標系（frame1）的Z軸正方向，關節移動上限為5mm，下限為-415mm。origin標簽中xyz表示frame1的原點在frame0中的位置，rpy表示frame1相對於frame0的姿態角。
<joint name="joint1" type="prismatic">
<origin xyz="0.415 0 0.046285" rpy="1.5708 9.2354E-16 1.5708" />
<parent link="base_link" />
<child link="link1" />
<axis xyz="0 0 1" />
<limit lower="-0.415" upper="0.05" effort="0" velocity="0" />
</joint>
在Solidworks中測量可知frame1相對於frame0的位置為(0.415, 0, 0.04629)，用RPY角表示的姿態為(90°, 0, 90°)，可見與URDF文件的描述一致。
關節參數配置好后點擊Next進入連桿配置界面，可以在里面設置連桿質量、慣性張量、顏色、材質等屬性：
配置好后點擊Finish，將生成的文件夾保存到指定的目錄下。我們指定的文件夾名為test，里面有一些子文件夾：urdf中包含了機器人的urdf文件，textures里面放着材質貼圖，meshes中放着模型的STL文件，launch文件夾中有display.launch文件可以在rviz中查看機器人。
自動生成的文件中還存在一些問題需要修改。package.xml文件中的email是不合法的，只要改成合法的email就可以了
<maintainer email="me2email.com" /> <!-- 可以改為：me@email.com -->
另外display.launch文件里中gui參數要設為True，否則無法打開Joint State Publish工具
<arg name="gui" default="False" /> <!-- 將False改為True -->
還有查找urdf文件時要將路徑中的robots改為urdf，或者直接將urdf文件夾重命名為robots
<param name="robot_description" textfile="$(find test)/robots/test.urdf" /> <!-- robots改為urdf -->
改完后將test文件夾移動到ROS工作目錄下的源代碼目錄中（比如catkin_ws/src下），然后使用catkin工具編譯一下。下面執行roslaunch test display.launch，在rviz中添加RobotModel，並將Fixed Frame設為base_link，此時機器人就能正確顯示出來。這里需要注意Solidworks中建立的frame0坐標系的朝向會影響機器人在rviz中的初始姿態。另外，如果還想觀察關節運動時坐標系的變化，可以點擊Add按鈕添加TF。
拖動Joint State Publisher界面上的滑塊可以改變對應關節的位置，最左邊是之前設定的lower limit，最右邊是upper limit.
參考：
http://wiki.ros.org/sw_urdf_exporter
http://wiki.ros.org/sw_urdf_exporter/Tutorials