ROS学习——URDF机器人建模

本文详细介绍了ROS中统一机器人描述格式(URDF)的基础知识,包括其在机器人建模中的作用、内容及标签。通过一步步指导,展示了如何创建包括车体、车轮以及不同传感器(如摄像头、激光雷达、Kinect)的URDF模型,并提供了安装和运行过程中可能遇到的问题及解决方法。

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什么是URDF

  • Unified Robot Description Format,统一机器人描述格式
  • ROS中一个非常重要的机器人模型描述格式
  • 可以解析URDF文件中使用XML格式描述的机器人模型
  • ROS同时也提供URDF文件的C++解析器

URDF机器人模型的内容

连杆 link

关节 joint

运动学参数 axis

动力学参数 dynamics

可视化模型 visual

碰撞检测模型 collision

URDF机器人模型的标签

①link标签

描述机器人某个刚体部分的外观和物理属性;

尺寸、颜色、形状、惯性矩阵、碰撞参数等

xml格式的描述

<link name="<link name>">
<!-- 描述机器人link部分的外观参数, 尺寸、颜色、形状等的外观信息 -->
	<inertial>......</inertial>
	<!-- 描述link的惯性参数,主要用到机器人动力学的运算部分 -->
	<visual>......</visual>
	<!-- 描述link的碰撞属性 -->
	<collision>......</collision>
</link>

②joint标签

描述机器人关节的运动学和动力学属性;

包括关节运动的位置和速度限制;

根据关节运动形式,可以将起分为六种类型。

关节类型 描述
continuous 旋转关节,可以围绕单轴无限旋转
revolute 旋转关节,类似于continuous,但是有旋转的角度极限
prismatic 滑动关节,沿某一轴线移动的关节,带有位置极限
planar 平面关节,允许在平面正交方向上平移或者旋转
floating 浮动关节,允许进行平移、旋转运动
fixed 固定关节,不允许运动的特殊关节

xml描述格式

<joint name="<name of the joint>" type="<joint type>">
	<parent link="parent_link"/>
	<child link="child_link"/>
	<!--关节的参考位置,用来校准关节的绝对位置-->
	<calibration ....../>
	<!--描述关节的物理属性,例如物理静摩擦力-->
	<dynamics damping ....../>
	<!--描述运动的一些极限值,包括关节运动的上下限位置,速度限制-->
	<limit effort ....../>
	......
</joint>

③robot标签

完整机器人模型的最顶层标签

link和joint标签都必须包含在robot标签内

xml格式描述

<robot name="name of the robot">
	<link>......</link>
	<link>......</link>
	<joint>......</joint>
	<joint>......</joint>
</robot>

一、创建URDF功能包

1、创建一个机器人建模的功能包

cd ~/catkin_ws/src
catkin_create_pkg mbot_description urdf xacro

2、创建机器人建模的功能包的文件结构

cd ~/catkin_Ws/src/mbot_description
mkdir urdf	//存放机器人模型的URDF或xacro文件
mkdir meshes //放置URDF中引用的模型渲染文件
mkdir launch //保存相关启动文件
mkdir config //保存rviz的配置文件

在这里插入图片描述

编辑launch启动文件

cd launch(上面我们说到了launch目录是保存相关启动文件的;下面的URDF相关文件我们将放入URDF目录中)
sudo gedit display_mbot_base_urdf.launch

display_mbot_base_urdf.launch

<launch>
   
### 如何在 SolidWorks 中创建 URDF 格式的机器人模型 #### 工具准备 为了实现从 SolidWorks 到 URDF 的转换,需要借助 ROS 官方提供的 `sw_urdf_exporter` 插件。该插件允许用户通过简单的操作将 SolidWorks 设计的三维机械结构导出为 URDF 文件格式。 可以通过访问 ROS 官网页面获取此工具的相关信息和下载链接[^2]。具体网址如下: [http://wiki.ros.org/sw_urdf_exporter](http://wiki.ros.org/sw_urdf_exporter) #### 下载与安装过程 1. 访问上述网页并找到“Download Installer”按钮,点击后会跳转到版本选择界面。 2. 选择适合当前操作系统以及 SolidWorks 版本的最新稳定版软件包(通常命名为 `sw2urdfSetup.exe`),将其下载至本地计算机。 3. 双击运行 `.exe` 文件启动安装向导程序,依次单击“Next” → “I Agree” → “Install”,待进度条显示完毕后再点击“Finish”。 #### 验证插件安装状态 重新启动 SolidWorks 应用程序,在顶部菜单栏中依次展开【Tools】-> 【Add-ins...】对话框窗口;或者也可以经由设置路径【Options】 -> 【System Options】 -> 【File Locations】来确认是否存在名为 **SW2URDF** 的新增项。如果一切正常,则表明已成功加载该功能模块。 #### 导出流程概述 当完成以上准备工作之后,就可以着手执行实际的数据迁移任务了: - 打开已经构建好的机器人装配体项目; - 转至命令面板内的 Export 功能区寻找专门用于处理此类事务的新图标——即 SW2URDF exporter 图标; - 单击它便会弹出配置界面,在这里可以指定目标保存位置以及其他必要参数比如惯性属性计算方法等细节设定; - 经过一系列调整优化后的最终成果将以压缩包形式呈现出来,其中包括完整的 .urdf 文档连同关联资源如纹理图片、网格几何形状定义等内容。 以下是 Python 示例脚本片段展示如何解析生成的基础 XML 结构数据: ```python import xml.etree.ElementTree as ET def parse_urdf(file_path): tree = ET.parse(file_path) root = tree.getroot() # 获取link节点列表 links = root.findall('link') for link in links: name = link.attrib['name'] visual = link.find('visual') # 查找视觉标签 geometry = visual.find('geometry') if visual is not None else None if geometry is not None and 'mesh' in geometry.tag.lower(): mesh_file = geometry.find('mesh').attrib['filename'] # 提取网格文件名 print(f"Link Name: {name}, Mesh File: {mesh_file}") parse_urdf("path_to_your_robot.urdf") # 替换为您的URDF文件的实际路径 ```
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