ROS 总结（二）：创建URDF模型

在机器人仿真中，URDF模型包含了机器人运动学和动力学的所有特征，可以自动进行运动学和动力学建模。

1、生成mesh文件

mesh文件一把分两种：

• visual
  一般是 <.dae> 格式的，主要用来显示模型。

• collision

  一般是 <.stl > 格式的,主要用来进行碰撞检测。

一般的三维制图软件都可以导出各种格式的文件，可以用 < Google Sketchup >、< SolidWorks> 等软件生成。

如果不进行碰撞检测，完全可以用圆柱体、长方体等常见形状来代替。

只要质量、质心、惯量矩阵等设置正确，运动学和动力学仿真没有任何问题。显示模型的形状只是为了好看，而其设置的属性才是根本。

2、建模

文件框架如下所示：

    <robot name="pr2">      <link> ... </link>      <link> ... </link>      <link> ... </link>      <joint>  ....  </joint>      <joint>  ....  </joint>      <joint>  ....  </joint>    </robot>

第一个连杆的名称必须是 base_link。

具体的建模细节可以参考：

http://blog.csdn.net/xuehuafeiwu123/article/details/54311457    http://blog.csdn.net/xuehuafeiwu123/article/details/54288561    http://blog.csdn.net/xuehuafeiwu123/article/details/54287829http://wiki.ros.org/urdf/XML

建模需要注意的主要有：

• 1、DH矩阵

DH矩阵的重要性就不说的，如果错误，后面的一切都是浮云。
这里要说的是，DH矩阵和连杆坐标系紧密相连，如果连杆坐标系建立的不一样，DH矩阵也会有差别。

• 2、质量、质心

是连杆的质量包括连杆、电机、减速器等，这个要具体计算，而质心是和质量一一对应的。如果质量是分开算的，那质心也得分开算。

• 3、转动惯量

转动惯量具体指的是 相对于坐标系在质心，坐标轴和连杆坐标系平行的坐标系的转动惯量矩阵。这一项对于计算机器人的动力学非常重要，而通常又是非常难以计算准确的一个参数。总之、要认证仔细了。

• 4、旋转轴

旋转轴是指连杆的转动轴。一般设置为连杆坐标系的 Z 轴。

• 5、坐标系

坐标系的变换是各个和坐标系有关的量的基准，例如质心、转动惯量等，一定要清楚每一个量相对应的坐标系，对不同的坐标系，他们的值往往是变化的。

3、使用宏

使用 xacro 文件的时候，经常用到宏。

<xacro:macro name="pr2_arm" params="suffix parent reflect">  <pr2_upperarm suffix="${suffix}" reflect="${reflect}" parent="${parent}" />  <pr2_forearm suffix="${suffix}" reflect="${reflect}" parent="elbow_flex_${suffix}" /></xacro:macro><xacro:pr2_arm suffix="left" reflect="1" parent="torso" /><xacro:pr2_arm suffix="right" reflect="-1" parent="torso" />

相当于建立的四个连杆：

<pr2_upperarm suffix="left" reflect="1" parent="torso" /><pr2_forearm suffix="left" reflect="1" parent="elbow_flex_left" /><pr2_upperarm suffix="right" reflect="-1" parent="torso" /><pr2_forearm suffix="right" reflect="-1" parent="elbow_flex_right" />##

这样的话会使得建模简单化，对于一些结构相同，知识参数赋值不同的块来说，既加快了开发速度，有不容易出错。

4、在rviz中查看模型

一般编写 launch 文件

格式如下：

<launch>  <!-- Load the URDF/Xacro model of our robot -->  <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro.py '$(find rbx2_description)/urdf/pedestal_pi/pedestal_pi_with_gripper.xacro'" />  <!-- Provide simulated control of the robot joint angles -->  <node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher">     <param name="/use_gui" value="True"/>     <param name="rate" value="20"/>  </node>  <!-- Publish the robot state -->  <node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="state_publisher">    <param name="publish_frequency" value="20.0"/>  </node></launch>

至少要包含三个节点：

1、urdf文件加载模型，可以用 <include> 等。2、joint_ state_publisher此节点读取机器人模型中的集合参数，并且发布一系列的变换矩阵组成机器人的 tf 树。3、robot_ state_publisher这个节点是专门在 rviz 中使用的。可以显示各关节的滑动条。    <para name="use_gui" value="true"/>当然还可以设置其他参数。

关于 launch 文件，可以参考：

http://blog.csdn.net/xuehuafeiwu123/article/details/53991226

5、加载部件

可以把 ROS 上已经存在的部件加到自己的文件中而不需要自己重新建模。

已经存在的模型可以参考：

http://gazebosim.org/models

也可以直接加其他机器人包中的部件。只要在 < geometry>标签中写上正确的路径即可。如：

<geometry>  <mesh filename="package://pr2_description/meshes/gripper_v0/1_finger.dae"/><\geometry>

ROS上的很多东西都可以共享的。

6、参考文件

http://wiki.ros.org/
http://wiki.ros.org/xacro
刘平杰等译，ROS机器人程序设计，机械工业出版社，2014.09
R. PATRICK GOEBEL，ROS By Example（VOLUME 2），July 2014