URDF：機器人建模方法

ROS是機器人操作系統(tǒng)，當然要給機器人使用啦，不過在使用之前，還得讓ROS認識下我們使用的機器人，如何把一個機器人介紹給ROS呢？

為此，ROS專門提供了一種機器人建模方法——URDF（Unified Robot Description Format，統(tǒng)一機器人描述格式），用來描述機器人外觀、性能等各方面屬性。

機器人的組成

建模描述機器人的過程中，我們自己需要先熟悉機器人的組成和參數(shù)，比如機器人一般是由硬件結構、驅(qū)動系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)四大部分組成，市面上一些常見的機器人，無論是移動機器人還是機械臂，我們都可以按照這四大組成部分進行分解。

• 硬件結構 就是底盤、外殼、電機等實打?qū)嵖梢钥吹降脑O備；

• 驅(qū)動系統(tǒng) 就是可以驅(qū)使這些設備正常使用的裝置，比如電機的驅(qū)動器，電源管理系統(tǒng)等；

• 傳感系統(tǒng) 包括電機上的編碼器、板載的IMU、安裝的攝像頭、雷達等等，便于機器人感知自己的狀態(tài)和外部的環(huán)境；

• 控制系統(tǒng) 就是我們開發(fā)過程的主要載體了，一般是樹莓派、電腦等計算平臺，以及里邊的操作系統(tǒng)和應用軟件。

機器人建模的過程，其實就是按照類似的思路，通過建模語言，把機器人每一個部分都描述清楚，再組合起來的過程。

URDF

ROS中的建模方法叫做URDF，全稱是統(tǒng)一機器人描述格式，不僅可以清晰描述機器人自身的模型，還可以描述機器人的外部環(huán)境，比如這里的桌子，也可以算作一個模型。

URDF模型文件使用的是XML格式，右側就是一個機器人的URDF描述，乍看上去，有點像網(wǎng)頁開發(fā)的源代碼，都是由一系列尖括號包圍的標簽和其中的屬性組合而成。

如何使用這樣一個文件描述機器人呢？比如這個機械臂，大家可以看下自己的手臂，我們的手臂是由大臂和小臂組成，他們獨自是無法運動的，必須通過一個手肘關節(jié)連接之后，才能通過肌肉驅(qū)動，產(chǎn)生相對運動。

在建模中，大臂和小臂就類似機器人的這些獨立的剛體部分，稱為連桿Link，手肘就類似于機器人電機驅(qū)動部分，稱為關節(jié)joint。

所以在URDF建模過程中，關鍵任務就是通過這里的和，理清楚每一個連桿和關節(jié)的描述信息。

連桿Link的描述

標簽用來描述機器人某個剛體部分的外觀和物理屬性，外觀包括尺寸、顏色、形狀，物理屬性包括質(zhì)量、慣性矩陣、碰撞參數(shù)等。

以這個機械臂連桿為例，它的link描述如下：

link標簽中的name表示該連桿的名稱，我們可以自定義，未來joint連接link的時候，會使用到這個名稱。

link里邊的部分用來描述機器人的外觀，比如：

表示幾何形狀，里邊使用調(diào)用了一個在三維軟件中提前設計好的藍色外觀，就是這個stl文件，看上去和真實機器人是一致的

表示坐標系相對初始位置的偏移，分別是x、y、z方向上的平移，和roll、pitch、raw旋轉(zhuǎn)，不需要偏移的話，就全為0。

第二個部分，描述碰撞參數(shù)，里邊的內(nèi)容似乎和一樣，也有和，看似相同，其實區(qū)別還是比較大的。

部分重在描述機器人看上去的狀態(tài)，也就是視覺效果；

部分則是描述機器人運動過程中的狀態(tài)，比如機器人與外界如何接觸算作碰撞。在這個機器人模型中，藍色部分是通過來描述的。

在實際控制過程中，這樣復雜的外觀在計算碰撞檢測時，要求的算力較高，為了簡化計算，我們將碰撞檢測用的模型簡化為了綠色框的圓柱體，也就是里邊描述的形狀。

坐標系偏移也是類似，可以描述剛體質(zhì)心的偏移。

如果是移動機器人的話，link也可以用來描述小車的車體、輪子等部分。

關節(jié)Joint描述

機器人模型中的剛體最終要通過關節(jié)joint連接之后，才能產(chǎn)生相對運動。

URDF中的關節(jié)有六種運動類型。

continuous，描述旋轉(zhuǎn)運動，可以圍繞某一個軸無限旋轉(zhuǎn)，比如小車的輪子，就屬于這種類型。

revolute，也是旋轉(zhuǎn)關節(jié)，和continuous類型的區(qū)別在于不能無限旋轉(zhuǎn)，而是帶有角度限制，比如機械臂的兩個連桿，就屬于這種運動。

prismatic，是滑動關節(jié)，可以沿某一個軸平移，也帶有位置的極限，一般直線電機就是這種運動方式。

fixed，固定關節(jié)，是唯一一種不允許運動的關節(jié)，不過使用還是比較頻繁的，比如相機這個連桿，安裝在機器人上，相對位置是不會變化的，此時使用的連接方式就是Fixed。

Floating是浮動關節(jié)，第六種planar是平面關節(jié)，這兩種使用相對較少。

在URDF模型中，每一個link都使用這樣一段xml內(nèi)容描述，比如關節(jié)的名字叫什么，運動類型是哪一種。

parent標簽：描述父連桿；

child標簽：描述子連桿，子連桿會相對父連桿發(fā)生運動；

origin：表示兩個連桿坐標系之間的關系，也就是圖中紅色的向量，可以理解為這兩個連桿該如何安裝到一起；

axis表示關節(jié)運動軸的單位向量，比如z等于1，就表示這個旋轉(zhuǎn)運動是圍繞z軸的正方向進行的；

limit就表示運動的一些限制了，比如最小位置，最大位置，和最大速度等。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-789883.html

到了這里，關于ros2 基礎學習 15- URDF：機器人建模方法的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！