ROS2入门21讲__第17讲__URDF:ROS机器人建模方法

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前言

机器人的组成

URDF

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前言

ROS是机器人操作系统,当然要给机器人使用啦,不过在使用之前,还得让ROS认识下我们使用的机器人,如何把一个机器人介绍给ROS呢?

为此,ROS专门提供了一种机器人建模方法——URDF,用来描述机器人外观、性能等各方面属性。

机器人的组成

建模描述机器人的过程中,我们自己需要先熟悉机器人的组成和参数,比如机器人一般是由硬件结构、驱动系统、传感器系统、控制系统四大部分组成,市面上一些常见的机器人,无论是移动机器人还是机械臂,我们都可以按照这四大组成部分进行分解。

  • 硬件结构就是底盘、外壳、电机等实打实可以看到的设备;
  • 驱动系统就是可以驱使这些设备正常使用的装置,比如电机的驱动器,电源管理系统等;
  • 传感系统包括电机上的编码器、板载的IMU、安装的摄像头、雷达等等,便于机器人感知自己的状态和外部的环境;
  • 控制系统就是我们开发过程的主要载体了,一般是树莓派、电脑等计算平台,以及里边的操作系统和应用软件。

机器人建模的过程,其实就是按照类似的思路,通过建模语言,把机器人每一个部分都描述清楚,再组合起来的过程。

URDF

ROS中的建模方法叫做URDF,全称是统一机器人描述格式,不仅可以清晰描述机器人自身的模型,还可以描述机器人的外部环境,比如这里的桌子,也可以算作一个模型。

URDF模型文件使用的是XML格式,右侧就是一个机器人的URDF描述,乍看上去,有点像网页开发的源代码,都是由一系列尖括号包围的标签和其中的属性组合而成。

如何使用这样一个文件描述机器人呢?比如这个机械臂,大家可以看下自己的手臂,我们的手臂是由大臂和小臂组成,他们独自是无法运动的,必须通过一个手肘关节连接之后,才能通过肌肉驱动,产生相对运动。

在建模中,大臂和小臂就类似机器人的这些独立的刚体部分,称为连杆Link,手肘就类似于机器人电机驱动部分,称为关节joint

所以在URDF建模过程中,关键任务就是通过这里的<link>和<joint>,理清楚每一个连杆和关节的描述信息。

<link>标签用来描述机器人某个刚体部分的外观和物理属性,外观包括尺寸、颜色、形状,物理属性包括质量、惯性矩阵、碰撞参数等。

以这个机械臂连杆为例,它的link描述如下:

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