如何利用URDF文件表示并联结构(仅适用于支持SDF格式的仿真环境)

前言

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一般的URDF格式只支持串联结构机器人的定义，无法定义并联机器人。但在开发中并联结构(闭环)非常常见，怎么才能在仿真中表示出来并联结构比较重要。本文展示一种利用URDF文件与SDF语法表示并联结构的方法，该方法仅适用于支持SDF格式的仿真环境(根据笔者目前的经验，只有Gazebo满足此条件)。

背景

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我们有一个双足机器人，它的单腿膝关节依靠位于髋部的电机和四连杆结构驱动。我们想要用URDF文件来描述这个具有并联结构的机器人。

机器人腿部四连杆结构

在探索如何表示并联结构时，笔者了解到了SDF格式，该格式是URDF格式的升级版，支持描述并联结构。立即可以想到的方案就是将URDF格式整个转为SDF格式，但是笔者在实际执行这个方案时发现其过于繁琐，URDF和SDF中对于相对位置的描述逻辑略有不同，所以直接沿用URDF文件中的xyz坐标和rpy角度得到的SDF文件呈现出来的效果与URDF并不一致。那么有没有替代性的解决方案呢？URDF和SDF实际都是用标签语言来描述结构，有可能会出现URDF中调用SDF语法、SDF中调用URDF语法的方案。经过一番搜索后笔者发现了本文介绍的方法：使用<gazebo>标签。

方法

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SDFormat官方给出的URDF的SDF扩展文档中只展示了利用标签给已有的link或者joint添加SDF独有的特性，但是我们是可以在标签内按SDF的语法写SDF的标签的，并不只是给URDF做补充。Gazebo在导入URDF文件时，会先将其转换为SDF格式，笔者推测，URDF格式在转为SDF格式时，标签会被去掉，其内的语句会自动按SDF格式重新组织。

1. 从SW中导出两个串联结构

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为了合并出最后的并联结构，我们需要首先得到两个串联结构的URDF文件。这两个串联结构分别包括了四连杆结构中的两部分，如下图：

四连杆的两部分(分别用红色和蓝色示意)

2. 合并两个串联结构

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两个串联结构的URDF结构树分别如下：

其中的*_calf1与*_calf2实际为一个连杆，但是父节点不同。