ROS2(Galactic) URDF教程

从零开始构建机器人可视的模型

在本教程中，我们将构建一个机器人可视的模型，该模型看起来很像R2D2。
在后面的教程中，你将学习如何清晰地表达模型，添加一些物理属性，并使用xacro生成更整洁的代码，但目前，我们将重点关注视觉几何结构的正确性。

继续之前，请确保已安装joint_state_publisher包。
如果你安装了urdf_tutorial二进制文件，事实应该已经如此。
如果没有，请更新你的安装以包含该包（使用rosdep进行检查）。
本教程中提到的所有机器人模型（以及源文件）都可以在urdf_tutorial包中找到。
sudo apt install ros-galactic-urdf-tutorial

一个形状

首先，我们将探究一个简单的形状。
这里有一个你能做的最简单的urdf。
来源

<?xml version="1.0"?>
<robot name="myfirst">
  <link name="base_link">
    <visual>
      <geometry>
        <cylinder length="0.6" radius="0.2"/>
      </geometry>
    </visual>
  </link>
</robot>

要将XML翻译成英语，这是一个名为myfirst的机器人，
它只包含一个链接（也称为部件），其视觉组件只是一个0.6米长、0.2米半径的圆柱体。
对于一个简单的“hello world”类型示例来说，这可能看起来像是很多封闭标签，但相信我，它会变得更复杂。
要检查模型，请启动display.launch.py文件：
ros2 launch urdf_tutorial display.launch.py model:=urdf/01-myfirst.urdf
这可以做三件事：

1. 加载指定的模型并将其保存为参数
2. 运行节点以发布sensor_msgs/msg/JointState和转换（稍后将详细介绍）
3. 使用配置文件启动Rviz

请注意，上面的启动命令假定你是从urdf_tutorial包目录执行的（即：urdf目录是当前工作目录的直接子目录）。
如果事实并非如此，则01-myfirst.urdf的相对路径将无效，当启动程序尝试将urdf作为参数加载时，您将收到一个错误。
稍加修改的参数允许无论当前工作目录如何，都可以执行此操作：
ros2 launch urdf_tutorial display.launch.py model:=ros2 pkg prefix --share urdf_tutorial/urdf/01-myfirst.urdf
如果不是从urdf_tutorial包位置运行这些教程中给出的所有示例启动命令，则必须更改这些命令。
启动display.launch.py后，最后您应该看到RViz向您显示以下内容：

需要注意的事项：

• 固定帧是栅格中心所在的变换帧。
  这里，它是由我们的一个链接base_link定义的帧。
• 默认情况下，可视的元素（圆柱体）的原点位于其几何体的中心。
  因此，圆柱体的一半位于栅格之下。

多个形状

现在让我们看看如何添加多个形状/链接。
如果我们只是向urdf中添加更多的链接元素，解析器将不知道将它们放在哪里。
所以，我们必须添加关节。
关节元件可以指柔性关节和非柔性关节。
我们将从非柔性或固定的关节开始。
来源

<?xml version="1.0"?>
<robot name="multipleshapes">
  <link name="base_link">
    <visual>
      <geometry>
        <cylinder length="0.6" radius="0.2"/>
      </geometry>
    </visual>
  </link>

  <link name="right_leg">
    <visual>
      <geometry>
        <box size="0.6 0.1 0.2"/>
      </geometry>
    </visual>
  </link>

  <joint name="base_to_right_leg" type="fixed">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="right_leg"/>
  </joint>

</robot>

• 请注意我们如何定义0.6m x 0.1m x 0.2m长方体
• 关节是根据父级和子级定义的。
  URDF最终是一个具有一个根链接的树结构。
  这意味着腿的位置取决于base_link的位置。

ros2 launch urdf_tutorial display.launch.py model:=urdf/02-multipleshapes.urdf

这两个形状彼此重叠，因为它们共享相同的原点。
如果我们希望它们不重叠，我们必须定义更多的原点。

原点

R2D2的腿在侧面连接到躯干的上半部。
所以这就是我们指定关节的原点的地方。
而且，它不会附着在腿的中部，而是附着在上部，所以我们也必须偏移腿的原点。
我们还旋转腿，使其直立。
来源

<?xml version="1.0"?>
<robot name="origins">
  <link name="base_link">
    <visual>
      <geometry>
        <cylinder length="0.6" radius="0.2"/>
      </geometry>
    </visual>
  </link>

  <link name="right_leg">
    <visual>
      <geometry>
        <box size="0.6 0.1 0.2"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 1.57075 0" xyz="0 0 -0.3"/>
    </visual>
  </link>

  <joint name="base_to_right_leg" type="fixed">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="right_leg"/>
    <origin xyz="0 -0.22 0.25"/>
  </joint>

</robot>

• 让我们从检查关节的原点开始。
  它是根据父级参照系定义的。
  所以我们在y方向上是-0.22米（在我们的左边，但相对于轴是向右的），在z方向上是0.25米（向上）。
  这意味着无论子链接的可视的原点标记如何，子链接的原点都将向上向右。
  由于我们没有指定rpy（横滚-俯仰-偏航）属性，因此子帧将默认为与父帧具有相同的方向。
• 现在，看看腿的视觉原点，它有xyz和rpy偏移。
  这定义了视觉元素的中心相对于其原点的位置。
  因为我们希望腿附着在顶部，所以我们将z偏移设置为-0.3米，从而向下偏移原点。
  因为我们希望腿的长部分与z轴平行，所以我们绕Y轴旋转视觉部分PI/2。

ros2 launch urdf_tutorial display.launch.py model:=urdf/03-origins.urdf

• 启动文件运行的包将基于URDF为模型中的每个链接创建TF帧。
  Rviz使用这些信息来确定每个形状的显示位置。
• 如果给定URDF链路不存在TF帧，则它将以白色放置在原点。