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标题: ROS-机器臂——从零构建机器人模型 [打印本页]
作者: 瑞星    时间: 2024-7-17 03:50
标题: ROS-机器臂——从零构建机器人模型
URDF建模


URDF

URDF，全称为 Unified Robot Description Format（统一机器人描述格式），是一种用于描述机器人多少结构和运动学属性的标准文件格式。URDF 文件通常用于机器人模仿、路径规划、控制算法开辟和可视化等范畴，特别是在 ROS（Robot Operating System）环境中非常常见。
URDF 建模主要关注以下方面：
Link（链接）：表示机器人中的刚体部门，如机器人的手臂、腿或任何静态部件。每个链接都有自己的惯性属性，如质量和转动惯量，以及多少外形，如碰撞体（colliders）和视觉表示（visuals）。
Joint（关节）：描述链接之间的连接方式，包括关节范例（如revolute旋转关节、prismatic直线关节等）、关节轴线、限定条件（如关节限位）和动力学属性（如摩擦力）。
Inertial（惯性）：描述链接的质量和转动惯量等物理属性。
Collision（碰撞）：用于物理模仿和碰撞检测的多少外形，通常较为简单。
Visual（视觉）：用于渲染和可视化的多少外形，可能比碰撞外形更复杂，以提供更真实的外貌。
Material（材质）：界说颜色和纹理，用于视觉表示。
Actuator（实行器）：描述驱动关节的装备，如电机或液压缸的属性。
Transmissions（传动装置）：界说实行器如何影响关节的运动。
Gazebo Plugins（Gazebo 插件）：用于在 Gazebo 模仿器中扩展机器人的行为，如传感器模型。
URDF 建模过程涉及创建和配置上述组件，以准确地反映机器人的结构和动力学。URDF 文件通常是 XML 格式的，可以通过文本编辑器手动编写，也可以使用工具辅助生成。
URDF 与 DH 参数（Denavit-Hartenberg 参数）有接洽，DH 参数用于描述关节间的相对位置和方向，而 URDF 可以基于这些参数来构建机器人的结构模型。然而，URDF 提供了更为丰富和详细的描述，包括多少外形、物理属性和传感器信息等。
机器人组成


内部关系


Links 与 Joints


Links


Joint


UDRF建模弊端


xacro模型文件


常量界说与使用


数学计算


宏界说、宏调用


文件包罗


界说排版


launch文件


#三维模型导出URDF
网上找到UR3机器臂的资源，把 “.step” 后缀结尾的文件，在solidwork中打开如图


link和joint的配置


生成模型功能包


测试修改bug


结果展示


solid works

SolidWorks 是一款广泛使用的三维 CAD 软件，主要用于机器筹划。要将 SolidWorks 的模型转换为 URDF（Unified Robot Description Format）格式，用于机器人仿真和控制，你需要一个插件大概工具来辅助这个过程。虽然 SolidWorks 自己并不直接支持 URDF 格式，但有一些第三方插件可以实现这一功能，比如 sw2urdf。
选择哪一款 SolidWorks 版本对于 URDF 转换而言，主要取决于以下几点：
插件兼容性：确保你所选择的 SolidWorks 版本与你打算使用的 URDF 插件兼容。差别的插件可能支持差别版本的 SolidWorks。
功能需求：如果你的模型非常复杂，可能需要使用更高版本的 SolidWorks，由于较新版本每每包罗更多功能和改进的性能，这可以帮助你更高效地创建和管理复杂的装配体。
硬件要求：SolidWorks 的高版本通常需要更强的硬件配置。如果您的计算机硬件不敷强大，可能会影响软件运行的流畅性和稳固性。
允许本钱：SolidWorks 差别版本的代价差别，且功能也有差别。你需要评估本钱效益，选择最适合你预算和需求的版本。
技术支持：较新的 SolidWorks 版本通常会获得更好的技术支持和更新。
用户熟悉度：如果你已经熟悉某个版本的 SolidWorks，除非有特别的功能需求，否则继续使用熟悉的版本可能会更加高效。
对于 URDF 导出而言，关键在于找到一个稳固且功能全面的插件，它能够准确地将你的 SolidWorks 模型转换为 URDF 文件。sw2urdf 插件能够处置惩罚 SolidWorks 的零件和装配体，主动识别关节范例、变动和轴，这对于 URDF 建模是非常重要的。
目录架构


相关文件

CMakeLists.txt

  1. cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)
  3. project(UR3)
  5. find_package(catkin REQUIRED)
  7. catkin_package()
  9. find_package(roslaunch)
  11. foreach(dir config launch meshes urdf)
  12.         install(DIRECTORY ${dir}/
  13.                 DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_SHARE_DESTINATION}/${dir})
  14. endforeach(dir)
复制代码
package.xml

  1. <package format="2">
  2.   <name>UR3</name>
  3.   <version>1.0.0</version>
  4.   <description>
  5.     <p>URDF Description package for UR3</p>
  6.     <p>This package contains configuration data, 3D models and launch files
  7. for UR3 robot</p>
  8.   </description>
  9.   <author>TODO</author>
  10.   <maintainer email="TODO@email.com" />
  11.   <license>BSD</license>
  12.   <buildtool_depend>catkin</buildtool_depend>
  13.   <depend>roslaunch</depend>
  14.   <depend>robot_state_publisher</depend>
  15.   <depend>rviz</depend>
  16.   <depend>joint_state_publisher_gui</depend>
  17.   <depend>gazebo</depend>
  18.   <export>
  19.     <architecture_independent />
  20.   </export>
  21. </package>
复制代码
display.launch

  1. <launch>
  2.   <arg
  3.     name="model" />
  4.   <param
  5.     name="robot_description"
  6.     textfile="$(find UR3)/urdf/UR3.urdf" />
  7.   
  8.   <node
  9.     name="joint_state_publisher_gui"
  10.     pkg="joint_state_publisher_gui"
  11.     type="joint_state_publisher_gui" />
  12.   
  13.   <node
  14.     name="robot_state_publisher"
  15.     pkg="robot_state_publisher"
  16.     type="robot_state_publisher" />
  17.   
  18.   <node
  19.     name="rviz"
  20.     pkg="rviz"
  21.     type="rviz"
  22.     args="-d $(find UR3)/urdf.rviz" />
  23. </launch>
复制代码
gazebo.launch

  1. <launch>
  2.   <include
  3.     file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch" />
  4.   <node
  5.     name="tf_footprint_base"
  6.     pkg="tf"
  7.     type="static_transform_publisher"
  8.     args="0 0 0 0 0 0 base_link base_footprint 40" />
  9.   <node
  10.     name="spawn_model"
  11.     pkg="gazebo_ros"
  12.     type="spawn_model"
  13.     args="-file $(find UR3)/urdf/UR3.urdf -urdf -model UR3"
  14.     output="screen" />
  15.   <node
  16.     name="fake_joint_calibration"
  17.     pkg="rostopic"
  18.     type="rostopic"
  19.     args="pub /calibrated std_msgs/Bool true" />
  20. </launch>
复制代码
ur3.urdf

  1. <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
  2. <!-- This URDF was automatically created by SolidWorks to URDF Exporter! Originally created by Stephen Brawner (brawner@gmail.com)
  3.      Commit Version: 1.6.0-4-g7f85cfe  Build Version: 1.6.7995.38578
  4.      For more information, please see http://wiki.ros.org/sw_urdf_exporter -->
  5. <robot
  6.   name="UR3">
  7.   <link
  8.     name="base_link">
  9.     <inertial>
  10.       <origin
  11.         xyz="2.105E-05 0.098059 -0.0036545"
  12.         rpy="0 0 0" />
  13.       <mass
  14.         value="1.371" />
  15.       <inertia
  16.         ixx="0.0018288"
  17.         ixy="4.4582E-07"
  18.         ixz="-2.0556E-07"
  19.         iyy="0.0019082"
  20.         iyz="0.00013405"
  21.         izz="0.0017646" />
  22.     </inertial>
  23.     <visual>
  24.       <origin
  25.         xyz="0 0 0"
  26.         rpy="0 0 0" />
  27.       <geometry>
  28.         <mesh
  29.           filename="package://UR3/meshes/base_link.STL" />   
  30.       </geometry>
  31.       <material
  32.         name="">
  33.         <color
  34.           rgba="0.89804 0.91765 0.92941 1" />
  35.       </material>
  36.     </visual>
  37.     <collision>
  38.       <origin
  39.         xyz="0 0 0"
  40.         rpy="0 0 0" />
  41.       <geometry>
  42.         <mesh
  43.           filename="package://UR3/meshes/base_link.STL" />
  44.       </geometry>
  45.     </collision>
  46.   </link>
  47.   <link
  48.     name="link1">
  49.     <inertial>
  50.       <origin
  51.         xyz="-6.5885E-06 0.055927 0.0072937"
  52.         rpy="0 0 0" />
  53.       <mass
  54.         value="0.75521" />
  55.       <inertia
  56.         ixx="0.0010675"
  57.         ixy="-9.4953E-08"
  58.         ixz="1.0255E-07"
  59.         iyy="0.00090525"
  60.         iyz="-0.00013058"
  61.         izz="0.00099003" />
  62.     </inertial>
  63.     <visual>
  64.       <origin
  65.         xyz="0 0 0"
  66.         rpy="0 0 0" />
  67.       <geometry>
  68.         <mesh
  69.           filename="package://UR3/meshes/link1.STL" />
  70.       </geometry>
  71.       <material
  72.         name="">
  73.         <color
  74.           rgba="0.79216 0.81961 0.93333 1" />
  75.       </material>
  76.     </visual>
  77.     <collision>
  78.       <origin
  79.         xyz="0 0 0"
  80.         rpy="0 0 0" />
  81.       <geometry>
  82.         <mesh
  83.           filename="package://UR3/meshes/link1.STL" />
  84.       </geometry>
  85.     </collision>
  86.   </link>
  87.   <joint
  88.     name="joint1"
  89.     type="revolute">
  90.     <origin
  91.       xyz="0 0 0.0844"
  92.       rpy="1.5708 0 -3.1416" />
  93.     <parent
  94.       link="base_link" />
  95.     <child
  96.       link="link1" />
  97.     <axis
  98.       xyz="1 0 0" />
  99.     <limit
  100.       lower="-3.14"
  101.       upper="3.14"
  102.       effort="100"
  103.       velocity="1" />
  104.   </joint>
  105.   <link
  106.     name="link2">
  107.     <inertial>
  108.       <origin
  109.         xyz="-2.6778E-06 0.060634 0.09327"
  110.         rpy="0 0 0" />
  111.       <mass
  112.         value="1.6559" />
  113.       <inertia
  114.         ixx="0.0025822"
  115.         ixy="-8.909E-08"
  116.         ixz="1.019E-07"
  117.         iyy="0.002419"
  118.         iyz="-9.301E-05"
  119.         izz="0.0016021" />
  120.     </inertial>
  121.     <visual>
  122.       <origin
  123.         xyz="0 0 0"
  124.         rpy="0 0 0" />
  125.       <geometry>
  126.         <mesh
  127.           filename="package://UR3/meshes/link2.STL" />
  128.       </geometry>
  129.       <material
  130.         name="">
  131.         <color
  132.           rgba="0.79216 0.81961 0.93333 1" />
  133.       </material>
  134.     </visual>
  135.     <collision>
  136.       <origin
  137.         xyz="0 0 0"
  138.         rpy="0 0 0" />
  139.       <geometry>
  140.         <mesh
  141.           filename="package://UR3/meshes/link2.STL" />
  142.       </geometry>
  143.     </collision>
  144.   </link>
  145.   <joint
  146.     name="joint2"
  147.     type="revolute">
  148.     <origin
  149.       xyz="0 0.0675 0.05235"
  150.       rpy="1.5708 0 -3.1416" />
  151.     <parent
  152.       link="link1" />
  153.     <child
  154.       link="link2" />
  155.     <axis
  156.       xyz="1 0 0" />
  157.     <limit
  158.       lower="-3.14"
  159.       upper="3.14"
  160.       effort="100"
  161.       velocity="1" />
  162.   </joint>
  163.   <link
  164.     name="link3">
  165.     <inertial>
  166.       <origin
  167.         xyz="-0.0050453 -0.11121 3.4154E-06"
  168.         rpy="0 0 0" />
  169.       <mass
  170.         value="0.96204" />
  171.       <inertia
  172.         ixx="0.0010146"
  173.         ixy="4.5981E-05"
  174.         ixz="6.2628E-08"
  175.         iyy="0.00054242"
  176.         iyz="-4.3697E-08"
  177.         izz="0.0010724" />
  178.     </inertial>
  179.     <visual>
  180.       <origin
  181.         xyz="0 0 0"
  182.         rpy="0 0 0" />
  183.       <geometry>
  184.         <mesh
  185.           filename="package://UR3/meshes/link3.STL" />
  186.       </geometry>
  187.       <material
  188.         name="">
  189.         <color
  190.           rgba="1 1 1 1" />
  191.       </material>
  192.     </visual>
  193.     <collision>
  194.       <origin
  195.         xyz="0 0 0"
  196.         rpy="0 0 0" />
  197.       <geometry>
  198.         <mesh
  199.           filename="package://UR3/meshes/link3.STL" />
  200.       </geometry>
  201.     </collision>
  202.   </link>
  203.   <joint
  204.     name="joint3"
  205.     type="revolute">
  206.     <origin
  207.       xyz="0 -0.02535 0.24365"
  208.       rpy="-1.5708 0 -1.5708" />
  209.     <parent
  210.       link="link2" />
  211.     <child
  212.       link="link3" />
  213.     <axis
  214.       xyz="1 0 0" />
  215.     <limit
  216.       lower="-3.14"
  217.       upper="3.14"
  218.       effort="100"
  219.       velocity="1" />
  220.   </joint>
  221.   <link
  222.     name="link4">
  223.     <inertial>
  224.       <origin
  225.         xyz="0.0059208 -0.0007977 2.6694E-07"
  226.         rpy="0 0 0" />
  227.       <mass
  228.         value="0.32519" />
  229.       <inertia
  230.         ixx="0.00019459"
  231.         ixy="1.8337E-05"
  232.         ixz="1.3898E-10"
  233.         iyy="0.00019909"
  234.         iyz="1.2329E-09"
  235.         izz="0.00022621" />
  236.     </inertial>
  237.     <visual>
  238.       <origin
  239.         xyz="0 0 0"
  240.         rpy="0 0 0" />
  241.       <geometry>
  242.         <mesh
  243.           filename="package://UR3/meshes/link4.STL" />
  244.       </geometry>
  245.       <material
  246.         name="">
  247.         <color
  248.           rgba="1 1 1 1" />
  249.       </material>
  250.     </visual>
  251.     <collision>
  252.       <origin
  253.         xyz="0 0 0"
  254.         rpy="0 0 0" />
  255.       <geometry>
  256.         <mesh
  257.           filename="package://UR3/meshes/link4.STL" />
  258.       </geometry>
  259.     </collision>
  260.   </link>
  261.   <joint
  262.     name="joint4"
  263.     type="revolute">
  264.     <origin
  265.       xyz="-0.0834 -0.213 0"
  266.       rpy="-3.1416 0 0" />
  267.     <parent
  268.       link="link3" />
  269.     <child
  270.       link="link4" />
  271.     <axis
  272.       xyz="1 0 0" />
  273.     <limit
  274.       lower="-3.14"
  275.       upper="3.14"
  276.       effort="100"
  277.       velocity="1" />
  278.   </joint>
  279.   <link
  280.     name="link5">
  281.     <inertial>
  282.       <origin
  283.         xyz="0.0059208 0.00079771 -2.3761E-07"
  284.         rpy="0 0 0" />
  285.       <mass
  286.         value="0.32519" />
  287.       <inertia
  288.         ixx="0.00019459"
  289.         ixy="-1.8338E-05"
  290.         ixz="-2.0382E-10"
  291.         iyy="0.00019909"
  292.         iyz="1.211E-09"
  293.         izz="0.00022621" />
  294.     </inertial>
  295.     <visual>
  296.       <origin
  297.         xyz="0 0 0"
  298.         rpy="0 0 0" />
  299.       <geometry>
  300.         <mesh
  301.           filename="package://UR3/meshes/link5.STL" />
  302.       </geometry>
  303.       <material
  304.         name="">
  305.         <color
  306.           rgba="1 1 1 1" />
  307.       </material>
  308.     </visual>
  309.     <collision>
  310.       <origin
  311.         xyz="0 0 0"
  312.         rpy="0 0 0" />
  313.       <geometry>
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