ROS自学笔记十四：URDF语法详解

URDF 文件是一个标准的 XML 文件，在 ROS 中预定义了一系列的标签用于描述机器人模型，机器人模型可能较为复杂，但是 ROS 的 URDF 中机器人的组成却是较为简单，可以主要简化为两部分:连杆(link标签) 与 关节(joint标签)， URDF 中的有以下不同标签:

一、robot 根标签

在机器人建模领域，URDF（Unified Robot Description Format）是一种用于描述机器人模型的XML文件格式。在URDF文件中，`` 元素是根标签，用于包含整个机器人模型的描述。以下是一个简单的URDF文件的例子，展示了 `` 根标签的基本结构：

<robot name="my_robot">
 
  
  
  
  
robot>

在上面的例子中，`` 标签包含了一个名为 "my_robot" 的机器人模型。在 `` 标签内部，通常会包含 `` 和 `` 标签，用于定义机器人的链接和关节。

`` 标签用于描述机器人的刚体或部件，包括其几何形状、质量属性等。
 `` 标签用于描述连接两个链接的关节，包括关节类型（如固定关节、旋转关节等）和关节参数。以下是一个简单的例子，包含了一个机器人模型，其中有两个链接和一个关节：

<robot name="my_robot">
 
  <link name="base_link">
    <!-- Link properties go here -->
  </link>
 
  <link name="end_effector">
    <!-- Link properties go here -->
  </link>
 
  <joint name="joint1" type="revolute">
    <!-- Joint properties go here -->
    <parent link="base_link"/>
    <child link="end_effector"/>
  </joint>
 
</robot>

上述例子中，`` 标签包含了两个链接 (``)，分别命名为 "base_link" 和 "end_effector"。同时，它还包含一个旋转关节 (``)，将这两个链接连接起来，关节的名字是 "joint1"。

这只是一个简单的例子，实际的URDF文件会更加复杂，具体的内容会根据机器人的结构和特性而有所不同。通过使用 `` 根标签，URDF提供了一种结构化的方式来描述机器人的物理结构和连接关系。

二、link 连杆标签

在URDF（Unified Robot Description Format）文件中，`` 元素用于描述机器人模型中的刚体或连接杆。每个 `` 元素定义了一个机器人的一个物理部分，包括它的几何形状、质量属性和其他相关信息。

以下是一个简单的 `` 元素的示例

<link name="my_link">
 
 
link>

在这个例子中，`` 元素有一个名为 "my_link" 的名称，可以用来唯一标识该链接。在 `` 标签内部，你可以定义该链接的属性，这些属性通常包括：

Visual Properties: 用于描述链接的外观，可以包括几何形状、颜色、纹理等。例如：

<visual>
 
<geometry>
 
<box size="0.1 0.1 0.1"/>
 
</geometry>
 
<material name="red">
 
<color rgba="1 0 0 1"/>
 
</material>
 
</visual>

Collision Properties: 用于描述链接在物理碰撞中的属性。通常与 `visual` 属性相似，但可能有不同的几何形状和分辨率。

<collision>
 
<geometry>
 
<box size="0.1 0.1 0.1"/>
 
</geometry>
 
</collision>

Inertial Properties:用于描述链接的质量和惯性矩阵。

<inertial>
 
<mass value="1.0"/>
 
<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
 
<inertia ixx="0.01" ixy="0" ixz="0" iyy="0.01" iyz="0" izz="0.01"/>
 
</inertial>

其他属性：你还可以添加其他属性，例如传感器、附着点等。

实际的 `` 元素会包含一个或多个这样的子元素，具体取决于你对链接的描述。下面是一个简化的例子，包含了一个带有视觉、碰撞和惯性属性的链接：

<link name="my_link">
 
<visual>
 
<geometry>
 
<box size="0.1 0.1 0.1"/>
 
</geometry>
 
<material name="red">
 
<color rgba="1 0 0 1"/>
 
</material>
 
</visual>
 
<collision>
 
<geometry>
 
<box size="0.1 0.1 0.1"/>
 
</geometry>
 
</collision>
 
<inertial>
 
<mass value="1.0"/>
 
<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
 
<inertia ixx="0.01" ixy="0" ixz="0" iyy="0.01" iyz="0" izz="0.01"/>
 
</inertial>
 
</link>

三、joint 关节标签

在URDF（Unified Robot Description Format）文件中，`` 元素用于描述机器人模型中连接两个链接的关节。 `` 元素定义了连接链接的类型、位置、方向以及其他关节属性。

以下是一个 `` 元素的简单示例：

<joint name="my_joint" type="revolute">
 
<!-- Joint properties go here -->
 
<parent link="link1"/>
 
<child link="link2"/>
 
</joint>

在这个例子中，`` 元素有一个名为 "my_joint" 的名称，表示关节的唯一标识符。它的类型是 "revolute"，这表示这是一个旋转关节。 `` 元素指定了连接到关节的父链接（`link1`），而 `` 元素指定了连接到关节的子链接（`link2`）。

在 `` 标签内部，你可以定义关节的其他属性，这些属性通常包括：

Origin: 指定关节相对于父链接的位置和方向。

<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>

Axis: 对于旋转关节，指定旋转轴的方向。

<axis xyz="0 0 1"/>

Limit: 对于关节的角度或位移限制。

<limit lower="-3.14" upper="3.14" effort="10" velocity="3.14"/>

-Dynamics: 描述关节的动力学特性，如摩擦和阻尼。

<dynamics damping="0.01" friction="0.1"/>

其他属性： 你还可以添加其他属性，例如传感器、附着点等。

下面是一个带有更多关节属性的示例：

<joint name="my_joint" type="revolute">
 
<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
 
<parent link="link1"/>
 
<child link="link2"/>
 
<axis xyz="0 0 1"/>
 
<limit lower="-3.14" upper="3.14" effort="10" velocity="3.14"/>
 
<dynamics damping="0.01" friction="0.1"/>
 
</joint>