机器人URDF模型

1、程序功能说明

小车启动，终端运行程序，rviz中会显示URDF模型。

2、进入小车docker

打开终端输入以下指令进入docker，


./docker_ros2.sh

出现以下界面就是进入docker成功，现在即可通过指令控制小车，

4、程序启动

加载URDF和生成一个模拟控制器并且启动rviz，终端输入，


xxxxxxxxxx
ros2 launch yahboomcar_description display_launch.py

然后，用鼠标调整视角，滑动刚才生成的模拟控制器，即可看的小车的轮胎/相机在变化，

l1_Joint：控制左前轮

l2_Joint：控制左后轮

r1_Joint：控制右前轮

r2_Joint：控制右后轮

arm1_Joint：控制云台1

arm2_Joint：控制云台2

Randomize：随机发布数值到各个joint

Center：所有的Joint归中

5、代码解析

代码位置，


xxxxxxxxxx
/root/yahboomcar_ws/src/yahboomcar_description/launch

display_launch.py


x
from ament_index_python.packages import get_package_share_path
from launch import LaunchDescription
from launch.actions import DeclareLaunchArgument
from launch.substitutions import Command, LaunchConfiguration
from launch_ros.actions import Node
from launch_ros.parameter_descriptions import ParameterValue
def generate_launch_description():
    urdf_tutorial_path = get_package_share_path('yahboomcar_description')
    default_model_path = urdf_tutorial_path / 'urdf/Raspbot-V2.urdf'
    default_rviz_config_path = urdf_tutorial_path / 'rviz/raspbotv2.rviz'
    model_arg = DeclareLaunchArgument(name='model', default_value=str(default_model_path),
                                      description='Absolute path to robot urdf file')
    robot_description = ParameterValue(Command(['xacro ', LaunchConfiguration('model')]),
                                       value_type=str)
    rviz_arg = DeclareLaunchArgument(name='rvizconfig', default_value=str(default_rviz_config_path),
                                     description='Absolute path to rviz config file')
    
    robot_state_publisher_node = Node(
        package='robot_state_publisher',
        executable='robot_state_publisher',
        parameters=[{'robot_description': robot_description}]
    )
    joint_state_publisher_gui_node = Node(
        package='joint_state_publisher_gui',
        executable='joint_state_publisher_gui'
    )
    
    tf_base_footprint_to_base_link = Node(
        package='tf2_ros',
        executable='static_transform_publisher',
        arguments=['0', '0', '0.05', '0.0', '0.0', '0.0', 'base_footprint', 'base_link'],
    )
    
    rviz_node = Node(
        package='rviz2',
        executable='rviz2',
        name='rviz2',
        output='screen',
        arguments=['-d', LaunchConfiguration('rvizconfig')],
    )
    return LaunchDescription([
        model_arg,
        joint_state_publisher_gui_node,
        robot_state_publisher_node,
        tf_base_footprint_to_base_link,
        rviz_arg,
        rviz_node
    ])

model_arg：加载模型参数，加载的模型为Raspbot-V2.urdf，位置在/root/yahboomcar_ws/src/yahboomcar_description/urdf/Raspbot-V2.urdf
joint_state_publisher_gui_node：发布sensor_msgs/JointState消息
robot_state_publisher_node：机器人状态发布
tf_base_footprint_to_base_link：发布base_footprint到base_link的静态变换

6、URDF模型

URDF，全称为 Unified Robot Description Format ，翻译为中文为统一机器人描述性格式，是一种使用xml格式描述的机器人模型文件，类似于D-H参数。


xxxxxxxxxx
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>

第一行为xml必填项，描述了xml的版本信息。


xxxxxxxxxx
<robot
  name="RaspbotV2">
</robot>

第二行描述了当前的机器人名称；当前机器人所有信息均包含在【robot】标签内。

6.1、组成部分

link，连杆，可以想象成是人的手臂
joint，关节，可以想象成是人的手肘关节

link与joint的关系：两个link之间通过关节连接起来，想象成手臂有小臂(link)和大臂(link)通过肘关节(joint)连接。

6.1.1、link

1）、简介

在URDF描述性语言中，link是用来描述物理特性的，

描述视觉显示，标签。
描述碰撞属性，标签。
描述物理惯性，标签不常用。

Links还可以描述连杆尺寸(size)\颜色(color)\形状(shape)\惯性矩阵(inertial matrix)\碰撞参数(collision properties)等，每个Link会成为一个坐标系。

2）、示例代码


xxxxxxxxxx
<link
    name="base_link">
    <inertial>
      <origin
        xyz="0.013209067968915 0.000305835286849597 0.034565647785585"
        rpy="0 0 0" />
      <mass
        value="0.315736522899678" />
      <inertia
        ixx="0.000126930677782624"
        ixy="-1.93570093947537E-07"
        ixz="-3.2159760519397E-08"
        iyy="0.000217028578454845"
        iyz="3.16386759318505E-07"
        izz="0.000309637617387382" />
    </inertial>
    <visual>
      <origin
        xyz="0 0 0"
        rpy="0 0 0" />
      <geometry>
        <mesh
          filename="package://yahboomcar_description/meshes/base_link.STL" />
      </geometry>
      <material
        name="">
        <color
          rgba="0.203921568627451 0.203921568627451 0.203921568627451 1" />
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin
        xyz="0 0 0"
        rpy="0 0 0" />
      <geometry>
        <mesh
          filename="package://yahboomcar_description/meshes/base_link.STL" />
      </geometry>
    </collision>
  </link>

3）、标签介绍

origin：描述的是位姿信息； xyz 属性描述的是在大环境中的坐标位置， rpy 属性描述的是自身的姿态。
mess：描述的是link的质量。
inertia：惯性参考系，由于转动惯性矩阵的对称性，只需要6个上三角元素 ixx, ixy, ixz, iyy, iyz, izz作为属性。
geometry：标签描述的是形状； mesh 属性主要的功能是去加载纹理文件的， filename 属性纹理路径的文件地址
material：标签描述的是材质； name 属性为必填项，可以为空，可以重复。通过【color】标签中的 rgba
属性来描述红、绿、蓝、透明度，中间用空格分隔。

6.1.2、joints

1）、简介

描述两个关节之间的关系，运动位置和速度限制，运动学和动力学属性。关节类型有以下几种：

fixed：固定关节。不允许运动，起连接作用。
continuous：旋转关节。可以持续旋转，没有旋转角度的限制。
revolute：旋转关节。类似于continuous，有旋转角度的限制。
prismatic：滑动关节。沿某一轴线移动，有位置限制。
floating：悬浮关节。具备六个自由度，3T3R。
planar：平面关节。允许在平面正交上方平移或者旋转。

2）、示例代码


xxxxxxxxxx
 <joint
    name="arm1_Joint"
    type="revolute">
    <limit effort="100" velocity="1" lower="-1.57" upper="1.57"/>
    <origin
      xyz="0.058 0 0.0575"
      rpy="0 0 0" />
    <parent
      link="base_link" />
    <child
      link="arm1_Link" />
    <axis
      xyz="0 0 1" />
    <limit
      lower="0"
      upper="0"
      effort="0"
      velocity="0" />
  </joint>

在【joint】标签中 name 属性是 必填项，描述关节的名称,并且是唯一。在【joint】标签中 type 属性，对应填写六大关节类型。

3）、标签介绍

origin：子标签,指的是旋转关节于 parent 所在坐标系的相对位置。
parent，child：parent，child子标签代表的是两个要连接的link；parent是参照物，child围绕着praent旋转。
axis：子标签表示child对应的link围绕哪一个轴（xyz）旋转和述绕固定轴的旋转量。
limit：子标签主要是限制child的。 lower 属性和 upper 属性限制了旋转的弧度范围， effort 属性限制的是转动过程中的受力范围。(正负value值，单位为牛或N)， velocity 属性限制了转动时的速度，单位为米/秒或m/s。
mimic：描述该关节与已有关节的关系。
safety_controller：描述安全控制器参数。保护机器人关节的运动。