URDF文件

URDF

简介

• Unified Robot Description Format，统一机器人描述格式，简称为URDF
• ROS中的urdf功能包包含一个URDF的C++解析器，URDF文件使用XML格式描述机器人模型

解析

<robot>

介绍

• 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
• 一个完整的机器人模型，由一系列<link>和<joint>组成

例子：

<robot name="robot_name">
    <link>......</link>
    <link>......</link>
    
    <joint>......</joint>
    <joint>......</joint>
</robot>

<link>

属性

• name（必需）：link的名字

介绍

• urdf 中的 link 标签用于描述机器人某个部件(也即刚体部分)的外观和物理属性，比如：机器人底座、轮子、激光雷达、摄像头...每一个部件都对应一个 link， 在 link 标签内，可以设计该部件的形状（shape）、尺寸（size）、颜色（color）、惯性矩阵（inertial matrix）、碰撞参数（collision properties）等一系列属性

子标签

• <visual>：描述机器人link部分的外观参数
  • <geometry>：可视化对象的形状
    • box：矩形
    • cylinder：圆柱体
    • sphere：球体
    • mesh：网格，纹理（更为复杂的模型）
  • <origin>：设置偏移量与倾斜弧度
  • <material>：可视化组件的材料
    • color：颜色
  • <texture>：材料属性（纹理）
• <inertial>：描述link的惯性参数
  • <origin>：定义连杆质心坐标
  • <mass>：连杆的质量
  • <inertia>：惯性张量
• <collision>：描述link的碰撞属性
  • <origin>：碰撞组件的参考坐标系相对于连杆坐标系的参考坐标系
  • <geometry>：与上述geometry元素描述相同

例子：

<link name="my_link">
   <inertial>
     <origin xyz="0 0 0.5" rpy="0 0 0"/>
     <mass value="1"/>
     <inertia ixx="100"  ixy="0"  ixz="0" iyy="100" iyz="0" izz="100" />
   </inertial>

   <visual>
     <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
     <geometry>
       <box size="1 1 1" />
     </geometry>
     <material name="Cyan">
       <color rgba="0 1.0 1.0 1.0"/>
     </material>
   </visual>

   <collision>
     <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
     <geometry>
       <cylinder radius="1" length="0.5"/>
     </geometry>
   </collision>
 </link>

<joint>

介绍

• urdf 中的 joint 标签用于描述机器人关节的运动学和动力学属性，还可以指定关节运动的安全极限，机器人的两个部件(分别称之为 parent link 与 child link)以"关节"的形式相连接，不同的关节有不同的运动形式:：旋转、滑动、固定、旋转速度、旋转角度限制等等，比如：安装在底座上的轮子可以360度旋转，而摄像头则可能是完全固定在底座上
• joint标签对应的数据在模型中是不可见的

属性

• <name>（必需）：指定joint的名字（唯一的）
• type（必需）：指定joint的类型，有下列几种：

关节类型	描述
continuous	旋转关节，可以绕单轴无限旋转
revolute	旋转关节，类似于 continues,但是有旋转角度限制
prismatic	滑动关节，可以沿着一个轴滑动，有最大值和最小值限制
planer	平面关节，允许在平面正交方向上平移或旋转
floating	浮动关节，允许进行平移、旋转运动
fixed	这不是一个实际的关节，因为它无法运动，所有的自由度都被锁定。这种类型的关节不需要指定轴、动力学特征、标度和最大值最小值限制

子标签

• <parent>：parent link的名字是一个强制的属性，是这个link在机器人结构树中的名字。 可以理解为parent是主体，child是固定在主体上的配件
• <child>：child link的名字，是这个link在机器人结构树中的名字
• <origin>：从parent link到child link的变换，joint位于child link的原点
• <calibration>：关节的参考位置，用来校准关节的绝对位置
  • rising：当joint正向运动时，参考点会触发一个上升沿
  • falling：当joint正向运动时，参考点会触发一个下降沿
• <axis>：设置围绕哪个关节轴运动
• <dynamics>：描述关节的物理属性，例如阻尼值、物理静摩擦力等，经常在动力学仿真中用到
  • damping：joint的阻尼值
  • friction：joint的摩擦力值
• <limit>：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、力矩限制等
  • lower：指定joint运动范围下界的属性，连续型的joint忽略该属性
  • upper：指定joint运动范围上界的属性，连续型的joint忽略该属性
  • effort：该属性指定了joint运行时的最大的力
  • velocity：该属性指定了joint运行时的最大的速度
• <mimic>：指定该joint来模仿已存在的joint
  • joint：需要模仿的joint的名字
  • multiplier：指定上述公式中的乘数因子
  • offset：指定上述公式中的偏移项，默认值为0
• <safety_controller>：描述安全控制器参数
  • soft_lower_limit：该属性指定了joint安全控制边界的下界，是joint安全控制的起始限制点，默认为0
  • soft_upper_limit：该属性指定了joint安全控制边界的上界，是joint安全控制的起始限制点，默认为0
  • k_position：本属性用于说明位置和速度之间的关系
  • k_velocity：本属性用于说明力和速度之间的关系

例子：

 <joint name="my_joint" type="floating">
    <origin xyz="0 0 1" rpy="0 0 3.1416"/>
    <parent link="link1"/>
    <child link="link2"/>

    <axis xyz="0 0 1" />
    <calibration rising="0.0"/>
    <dynamics damping="0.0" friction="0.0"/>
    <limit effort="30" velocity="1.0" lower="-2.2" upper="0.7" />
    <safety_controller k_velocity="10" k_position="15" soft_lower_limit="-2.0" soft_upper_limit="0.5" />
 </joint>