<think>我们正在讨论如何将
STL文件组装成URDF格式，而用户特别提到了
SolidWorks。虽然
SolidWorks本身不直接导出URDF，但我们可以通过
SolidWorks准备模型并导出为中间格式（如STEP或
STL），然后使用其他工具（如Blender或FreeCAD）或手动编写URDF来组装。不过，用户希望了解的是在
SolidWorks环境下的流程。因此，我将结合引用中的信息（特别是关于
文件名和坐标系建立的引用）来构建一个可行的流程。
引用[1]提到：
SolidWorks保存
文件时不能有前导或尾随空格，但中间可以有空格。这在准备
STL文件名时需要注意。
引用[2]和[3]强调了建立坐标系的重要性，特别是每个连杆上的坐标系（即连杆坐标系）以及它们之间的变换关系（运动学方程的基础）。
因此，我们的步骤将包括：
1. 在
SolidWorks中准备模型（分割部件、定义坐标系）。
2. 导出每个部件为
STL文件（注意
文件名规范）。
3. 手动编写URDF
文件，引用这些
STL文件并定义链接和关节（关节需要根据坐标系变换来定义）。
但是，如果用户希望从
SolidWorks直接导出URDF，目前没有官方支持。不过，我们可以使用一个插件：**SW2URDF Exporter**。这个插件是ROS社区为
SolidWorks开发的，可以将装配体导出为URDF。下面详细说明步骤。
### 步骤1: 安装SW2URDF Exporter插件
-
下载插件：从ROS官方Wiki或GitHub（例如：https://github.com/ros/
solidworks_urdf_exporter）获取安装包。
- 安装：按照说明安装到
SolidWorks（通常是一个插件
文件，通过
SolidWorks的插件管理器加载）。
### 步骤2: 在
SolidWorks中准备模型
- **分割装配体**：确保机器人的每个运动部件都是独立的零件或子装配体（例如，ER50-C20机器人的6个连杆和6个关节）[^3]。
- **定义坐标系**：
- 在每个连杆上建立坐标系（引用[2]强调的连杆坐标系）。这些坐标系将作为URDF中关节的原点（origin）。
- 坐标系应遵循右手定则，$z$轴通常为关节旋转轴（旋转关节）或运动方向（平移关节）。
- 例如，在
SolidWorks中，您可以使用“参考几何体”中的“坐标系”工具创建新的坐标系。注意：基座坐标系（base_link）通常与世界坐标系对齐。
- **
文件名规范**：保存每个零件和装配体时，
文件名不能有前导或尾随空格（引用[1]），例如`link1.
stl`（合法）而` link1 .
stl`（非法）。
### 步骤3: 使用SW2URDF Exporter导出URDF
1. **打开装配体**：在
SolidWorks中打开机器人的总装配体。
2. **启动插件**：在菜单栏中，选择“工具”>“Export as URDF”（或类似选项）。
3. **配置链接和关节**：
- 插件会识别装配体中的每个零件作为URDF的`<link>`。
- 您需要为每个关节指定：
- **关节类型**（revolute, prismatic, fixed等）。
- **父链接和子链接**。
- **关节轴**（axis）：通常选择对应坐标系的$z$轴（插件会读取坐标系）。
- **关节限制**（limits）：包括角度范围（lower, upper）、速度（velocity）和力矩（effort）。
- 插件会自动计算坐标系变换（即`<origin>`的xyz和rpy），这些变换来自
SolidWorks装配体中的约束（配合）和您定义的坐标系[^2]。
4. **设置
STL导出选项**：
- 在插件界面中，选择导出每个链接的
STL文件（通常插件会自动导出）。
- 指定
STL文件的输出目录（建议与URDF
文件在同一目录）。
5. **导出**：点击导出按钮，生成URDF
文件（.urdf）和所有
STL文件。
### 步骤4: 手动调整URDF
文件（可选）
- 插件生成的URDF可能需要调整：
- **路径修正**：如果
STL文件不在同一目录，修改`<mesh filename="..."/>`的路径（建议使用相对路径）。
- **单位检查**：
SolidWorks默认单位是毫米，而URDF通常使用米。在导出时，插件通常会自动转换（缩放为0.001），但需检查`<mesh>`的scale属性（例如`scale="0.001 0.001 0.001"`）。
- **添加惯性属性**：插件可能未正确计算质量属性（mass, inertia）。您需要在URDF中手动添加：
```xml
<inertial>
<mass value="1.0"/>
<inertia ixx="0.001" ixy="0" ixz="0" iyy="0.001" iyz="0" izz="0.001"/>
</inertial>
```
实际值需根据零件计算（
SolidWorks可以查看质量属性）。
- **添加传感器或额外元素**：插件不会导出这些，需手动添加。
### 步骤5: 验证URDF
- 使用`check_urdf`工具检查语法：
```bash
sudo apt-get install liburdfdom-tools
check_urdf robot.urdf
```
- 在RViz中可视化：
```bash
roslaunch urdf_tutorial display.launch model:=path/to/robot.urdf
```
### 注意事项
- **坐标系对齐
问题**：如果RViz中模型错位，检查
SolidWorks中的坐标系定义是否与URDF要求一致（例如，关节轴方向）。调整URDF中的`<origin>`或`<axis>`。
- **复杂模型优化**：如果模型过于复杂（
STL面数多），可在
SolidWorks中简化零件或使用`<collision>`标签替换为简单几何体（如盒子）。
- **替代方案**：如果不想用插件，可导出整个模型为STEP格式，再用FreeCAD（支持URDF导出）或Blender（需安装插件）处理。
### 引用总结
-
文件名规范（引用[1]）确保了
STL文件在导出时兼容。
- 坐标系建立（引用[2][3]）是运动学方程的基础，也是URDF关节定义的核心。
### 相关
问题
1. 如何为URDF模型添加惯性属性（质量、惯性矩）？
2. 在RViz中显示URDF模型时出现错位如何
解决？
3. 如何优化URDF中的
STL网格以提高仿真性能？
4. 除了
SolidWorks，还有哪些CAD软件支持直接导出URDF？</think>### 如何在
SolidWorks 中将
STL 文件组装为 URDF 格式
虽然
SolidWorks 本身不直接支持 URDF 导出，但可通过以下步骤实现
STL 到 URDF 的转换。关键是在
SolidWorks 中正确准备模型并建立坐标系（如引用[2][3]所述），再结合外部工具完成转换。以下是详细流程：
---
#### 步骤 1: 在
SolidWorks 中准备模型
1. **分割模型为独立部件**（对应 URDF 的 `<link>`）
- 将机器人拆解为独立运动单元（如基座、关节、连杆）
- 每个部件单独保存为
STL 文件（
文件名避免前导/尾随空格，如引用[1]要求）
- 导出设置：
- 格式：
STL
- 单位：**米**（URDF 默认单位）
- 坐标系：使用右手系（Z 轴向上）
2. **建立连杆坐标系**（关键步骤，如引用[2]强调）
- 为每个部件定义局部坐标系：
- 关节旋转轴对齐 Z 轴（旋转关节）或 X 轴（平移关节）
- 坐标系原点位于关节中心
- 示例变换矩阵（记录各坐标系关系）：
$$
T_i^{i-1} = \begin{bmatrix}
R_z(\theta_i) & \begin{matrix} a_i \\ 0 \\ d_i \end{matrix} \\
0 & 1
\end{bmatrix}
$$
其中 $\theta_i$ 为关节角，$d_i$ 为连杆偏距，$a_i$ 为连杆长度
3. **记录变换参数**
- 对每个关节记录：
- `xyz`：父链接到子链接的平移 (m)
- `rpy`：绕 X/Y/Z 轴的旋转角（弧度）
- `axis`：旋转/平移轴方向向量
---
#### 步骤 2: 使用 SW2URDF 插件（推荐方法）
1. **安装插件**：
-
下载官方插件：[ROS
SolidWorks to URDF Exporter](https://github.com/ros/
solidworks_urdf_exporter)
- 安装到
SolidWorks（支持 2017-2023 版本）
2. **导出流程**：
```mermaid
graph LR
A[
SolidWorks装配体] --> B[SW2URDF插件]
B --> C{设置关节属性}
C --> D[定义旋转轴类型]
C --> E[输入运动限位]
C --> F[指定坐标系]
B --> G[自动生成URDF+
STL]
```
3. **关键配置**：
- 为每个关节指定类型（revolute/prismatic/fixed）
- 设置 `lower/upper` 关节限位（如 ER50-C20 的 ±180°）
- 验证坐标系方向（插件自动读取
SolidWorks 坐标系）
---
#### 步骤 3: 手动编写 URDF（若无插件）
1. **基础模板**：
```xml
<?xml version="1.0"?>
<robot name="er50_c20">
<!-- 基座链接 -->
<link name="base_link">
<visual>
<geometry>
<mesh filename="package://robot_meshes/base.
stl"/>
</geometry>
<origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0"/>
</visual>
</link>
<!-- 关节1 -->
<joint name="joint1" type="revolute">
<parent link="base_link"/>
<child link="link1"/>
<origin xyz="0 0 0.2" rpy="0 0 1.57"/> <!--
SolidWorks 中测量的变换 -->
<axis xyz="0 0 1"/> <!-- Z轴旋转 -->
<limit lower="-3.14" upper="3.14" effort="100" velocity="2.0"/>
</joint>
<!-- 更多链接和关节... -->
</robot>
```
2. **关键参数映射**：
|
SolidWorks 参数 | URDF 属性 | 示例值 |
|-----------------------|---------------|---------------------|
| 坐标系间平移 | `<origin xyz>` | `"0 0.15 0.3"` |
| 坐标系间旋转 (ZYX) | `<origin rpy>` | `"0 1.57 0"` |
| 旋转轴方向 | `<axis xyz>` | `"0 0 1"` (Z轴) |
| 关节角度范围 | `<limit>` | `lower="-1.57" upper="1.57"` |
---
#### 步骤 4: 验证与优化
1. **检查URDF语法**：
```bash
sudo apt install liburdfdom-tools
check_urdf robot.urdf
```
2. **RViz 可视化**：
```bash
roslaunch urdf_tutorial display.launch model:=path/to/robot.urdf
```
- 若部件错位：调整 `<origin>` 中的 `rpy` 值
- 若尺寸不符：添加 `<mesh scale="1 1 1"/>`
3. **性能优化**：
- 简化
STL 网格（
SolidWorks 导出时降低分辨率）
- 碰撞模型替换为简单几何体：
```xml
<collision>
<geometry>
<cylinder length="0.1" radius="0.05"/>
</geometry>
</collision>
```
---
#### 替代工具方案
| 工具 | 适用场景 | 操作流程 |
|--------------------|-----------------------------------|------------------------------|
| **FreeCAD** | 简单模型转换 |
导入 STL → 装配 → 导出 URDF |
| **Blender+URDF插件** | 复杂模型编辑 | 在 Blender 中调整后导出 |
| **MATLAB** | 有 SimMechanics 模型时（引用[2]）| `simmechanics_to_urdf` 命令 |
> **注意**：所有导出路径需使用 **Linux 格式**（`/` 非 `\`），
STL 文件名严格遵循引用[1]的命名规则（无非法空格）。
通过以上步骤，您可将
SolidWorks 中的
STL 部件组装成完整的 URDF 模型，适用于 ROS 仿真和控制（如 ER50-C20 机器人控制[^3]）。
---
### 相关
问题
1. 如何为 URDF 模型添加惯性参数（质量、转动惯量）？
2. 在 RViz 中显示 URDF 时部件错位如何调试？
3. 如何将
SolidWorks 的运动学参数自动转换为 URDF 关节约束？
4. URDF 与 XACRO 在复杂模型描述中有何区别？
5. 如何为 URDF 机器人添加 Gazebo 仿真插件？
当在SolidWorks中尝试对导入的STL文件进行拉伸切除操作时，若无法使用该功能，可能是因为STL文件被识别为曲面。此时，可以利用裁剪曲面功能替代。通过插入菜单，选择曲面中的裁剪曲面工具，选定裁剪工具和裁剪对象，即可完成裁剪操作。
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