ROS探索总结-23.解读URDF

ROS1/一代机器人系统 少儿编程 827浏览 0评论
ROS探索总结

本文转载自古月居,原作者古月,原文链接:https://www.guyuehome.com/372。

解读URDF

Unified Robot Description Format,统一机器人描述格式,简称为URDF。ROS中的urdf功能包包含一个URDF的C++解析器,URDF文件使用XML格式描述机器人模型。

1. URDF语法规范

参见:XML specifications

2. 组件

URDF由一些不同的功能包和组件组成,下图描述了这些组件之间的联系。

ROS探索总结-23.解读URDF

3. 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。

ROS探索总结-23.解读URDF

3.1 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语法的工具:

$ sudo apt-get install liburdfdom-tools

安装完毕后,执行检查:

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

3.2 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。

3.3 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>

便忘记使用check_urdf检查语法错误。

3.4 图形化显示URDF模型

我们现在已经完成了一个简单的URDF模型创建,ROS提供了相应的工具可以让URDF图像化显示出来。

$urdf_to_graphiz my_robot.urdf

然后打开生成的pdf文件,即可看到图形化的URDF:

ROS探索总结-23.解读URDF

4. 示例

参见:Example

5. 调试工具

5.1 验证工具

上文已经提到了URDF语法检查工具check_urdf,在indigo版本的ROS中,执行如下命令即可:

rosrun urdfdom check_urdf /tmp/pr2.urdf

检查结果如下:

ROS探索总结-23.解读URDF

5.2 可视化工具

上文同样提到的URDF可视化工具urdf_to_graphiz,在indigo版本额ROS中属于liburdfdom-tools包中的一个工具,可以使用如下命令安装:

sudo apt-get install liburdfdom-tools

可视化工具的使用方法:

urdf_to_graphiz pr2.urdf

结果如下所示:

ROS探索总结-23.解读URDF

参考链接

  • 1、urdf功能包:http://wiki.ros.org/urdf
  • 2、urdf语法规范:http://wiki.ros.org/urdf/XML
  • 3、urdf教程:http://wiki.ros.org/urdf/Tutorials
  • 4、urdf示例:http://wiki.ros.org/urdf/Examples

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