ROS學習筆記十：URDF詳解

Unified Robot Description Format，簡稱為URDF（標准化機器人描述格式）,是一種用於描述機器人及其部分結構、關節、自由度等的XML格式文件。

一、URDF語法規范

參見：XML 基礎學習

二、URDF教程

如下圖所示，本節將創建一個如下圖所示結構的機器人模型。

2.1 基礎模型

上圖所示是一個樹形機器人模型，我們先從機器人的整體結構出發，不考慮過多的細節，可以將機器人通過如下的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>

上邊的URDF模型定義了機器人的4個環節（link），然后定義了三個關節（joint）來描述環節之間的關聯。

ROS為用戶提供了一個檢查URDF語法的命令：

check_urdf my_robot.urdf

如果一切正常，將會有如下顯示：

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 添加機器人尺寸

在基礎模型之上，我們為機器人添加尺寸大小。由於每個環節的參考系都位於該環節的底部，關節也是如此，所以在表示尺寸大小時，只需要描述其相對於連接的關節的相對位置關系即可。URDF中的<origin>域就是用來表示這種相對關系。

例如，joint2相對於連接的link1在x軸和y軸都有相對位移，而且在x軸上還有90度的旋轉變換，所以表示成<origin>域的參數就如下所示：

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

為所有關節應用尺寸：

<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檢查通過后繼續下一步。

2.3 添加運動學參數

如果我們為機器人的關節添加旋轉軸參數，那么該機器人模型就可以具備基本的運動學參數。

例如，joint2圍繞正y軸旋轉，可以表示成：

<axis xyz="0 1 0" />

同理，joint1的旋轉軸是：

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

應用到我們的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>

繼續使用check_urdf檢查語法錯誤。

2.4 圖形化顯示URDF模型

如果你希望以圖形的方式來查看它，那么可以使用urdf_to_graphiz命令工具：

$ urdf_to_graphiz my_robot.urdf

此命令將生成兩個文件：my_robot.gv 和 my_robot.pdf。可以使用 evince 打開：

$ evince my_robot.pdf

然后即可看到圖形化的URDF：

三、更多示例

參見：ROS_wiki_Example

參考：

ROS探索總結（二十三）——解讀URDF