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>
314.         <mesh
315.           filename="package://UR3/meshes/link5.STL" />
316.       </geometry>
317.     </collision>
318.   </link>
319.   <joint
320.     name="joint5"
321.     type="revolute">
322.     <origin
323.       xyz="0 0.0834 0"
324.       rpy="0 0 -1.5708" />
325.     <parent
326.       link="link4" />
327.     <child
328.       link="link5" />
329.     <axis
330.       xyz="1 0 0" />
331.     <limit
332.       lower="-3.14"
333.       upper="3.14"
334.       effort="100"
335.       velocity="1" />
336.   </joint>
337.   <link
338.     name="link6">
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340.       <origin
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