轉自

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相信許多愛好者止步于昂貴的機器人價格。雖然有了Arduino，但一個載重能力很弱的機器人小車成本也得一兩百塊錢。搭建自己的機器人更是費時費力。

所以如果你只是普通機器人愛好者，或者還沒想好要拿機器人做什么，那我們還是從模擬器開始吧……

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URDF

為了制作我們的模擬器，首先我們得了解下什么是URDF

什么是ＵＲＤＦ？?Unified Robot Description Format——統一機器人描述格式。總覺得這和Sensor支持才是ROS的精華所在，通信frameworks的并不見得出彩。

可能大部分讀者都像我這樣窮<bi~背景聲>沒錢買ROS支持的機器人，不過ROS還是很Nice的考慮到了這一群體，提供了模擬器支持。(明明是為了更快速的軟件開發，喂！)

本想從ROS網站的培訓教程開始http://wiki.ros.org/urdf/Tutorials開始的，不過本著實踐為本的目的，我們還是以《Learning ROS for Robostic Programming》為基礎吧。

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參考文獻

1. ROS urdf教程：http://wiki.ros.org/urdf/Tutorials

2. 《Learning ROS for Robostic Programming》

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準備工作

安裝urdf_tutorial包

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[plain]?view plain?copy

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sudo?apt-get?install?ros-hydro-urdf-tutorial??

執行

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[plain]?view plain?copy

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rosrun?rviz?rviz??

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當然，沒有運行roscore你的rviz也無法啟動。不過如果錯誤顯示你的rviz找不到執行文件的話，請參照http://wiki.ros.org/rviz

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URDF基本語法

統一機器人描述格式URDF，其實就是為了能夠抽象描述一個機器人的硬件。而且URDF是基于XML的，所以閱讀起來應該非常容易。

筆者以為要理解URDF用自頂向下的方式更快。即從為了解決一個怎樣的問題開始。在這里我們先用一個簡單場景熟悉一下會用到的工具。

不得不說小車是最簡單實用的機器人， 一個車身加四個輪子就組成了最基本的小車結構，而且具備一定載重能力的小車也不會太貴。

見如下圖片。

（圖一）

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第一版

在URDF語言中，機器人都會由各個部件(Link)通過關節(Joint)連接而成。而這里的關鍵就是描述部件和關節之間的關系。

在這個簡單的小車模型中，一共有5個部件： 車身 + 4個輪子。 4個關節： 每個輪子一個。

于是，我們得到了最初了URDF版本 01_car_skeleton.urdf

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[html]?view plain?copy

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<robot?name="test_robot">??

??<link?name="base_link"?/>??

??<link?name="wheel_1"?/>??

??<link?name="wheel_2"?/>??

??<link?name="wheel_3"?/>??

??<link?name="wheel_4"?/>??

??

??

??<joint?name="joint_base_wheel1"?type="fixed">??

????<parent?link="base_link"/>??

????<child?link="wheel_1"/>??

??</joint>??

??

??

??<joint?name="joint_base_wheel2"?type="fixed">??

????<parent?link="base_link"/>??

????<child?link="wheel_2"/>??

??</joint>??

??

??

??<joint?name="joint_base_wheel3"?type="fixed">??

????<parent?link="base_link"/>??

????<child?link="wheel_3"/>??

??</joint>??

??

??

??<joint?name="joint_base_wheel4"?type="fixed">??

????<parent?link="base_link"/>??

????<child?link="wheel_4"/>??

??</joint>??

</robot>??

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很簡單對吧？

用<link> tag描述各個部件，<joint> tag描述各個關節。用<parent>和<child>描述關節連接的部件。

只要描述了Link和Joint之間的關系，我們很容易就能構建機器人的框架。

我們可以用如下命令來檢查urdf文件是否有語法問題。

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[plain]?view plain?copy

?

check_urdf?01_skeleton.urdf??

?

只要得到如下結果就表明語法沒問題。

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[html]?view plain?copy

?

robot?name?is:?test_robot??

----------?Successfully?Parsed?XML?---------------??

root?Link:?base_link?has?4?child(ren)??

????child(1):??wheel_1??

????child(2):??wheel_2??

????child(3):??wheel_3??

????child(4):??wheel_4??

但請注意這雖然描述了各個部件之間的關系，但仍是一個不完整的URDF，無法在模擬器中顯示。

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第二版

<visual>tag用來描述模塊的視覺效果。

<geometry>tag 用來描述模塊的形狀和大小。

<origin>tag用來描述模塊的位置。

加上模塊大小之后的小車文件如下所示。02_visual.urdf

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[html]?view plain?copy

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<robot?name="test_robot">??

??<link?name="base_link">??

????<visual>??

???????<geometry>??

?????????<box?size="0.2?.3?.1"/>??

???????</geometry>??

???????<origin?rpy="0?0?0"?xyz="0?0?0.05"/>??

????</visual>??

??</link>??

??

??<link?name="wheel_1">??

????<visual>??

??????<geometry>??

????????<cylinder?length="0.05"?radius="0.05"/>??

??????</geometry>??

??????<origin?rpy="0?1.5?0"?xyz="0.1?0.1?0"/>??

????</visual>??

??</link>??

??

??<link?name="wheel_2">??

????<visual>??

??????<geometry>??

????????<cylinder?length="0.05"?radius="0.05"/>??

??????</geometry>??

??????<origin?rpy="0?1.5?0"?xyz="-0.1?0.1?0"/>??

????</visual>??

??</link>??

??

??<link?name="wheel_3">??

????<visual>??

??????<geometry>??

????????<cylinder?length="0.05"?radius="0.05"/>??

??????</geometry>??

??????<origin?rpy="0?1.5?0"?xyz="0.1?-0.1?0"/>??

????</visual>??

??</link>??

??

??<link?name="wheel_4">??

????<visual>??

??????<geometry>??

????????<cylinder?length="0.05"?radius="0.05"/>??

??????</geometry>??

??????<origin?rpy="0?1.5?0"?xyz="-0.1?-0.1?0"/>??

????</visual>??

??</link>??

??

??<joint?name="joint_base_wheel1"?type="fixed">??

????<parent?link="base_link"/>??

????<child?link="wheel_1"/>??

??</joint>??

??

??<joint?name="joint_base_wheel2"?type="fixed">??

????<parent?link="base_link"/>??

????<child?link="wheel_2"/>??

??</joint>??

??

??<joint?name="joint_base_wheel3"?type="fixed">??

????<parent?link="base_link"/>??

????<child?link="wheel_3"/>??

??</joint>??

??

??<joint?name="joint_base_wheel4"?type="fixed">??

????<parent?link="base_link"/>??

????<child?link="wheel_4"/>??

??</joint>??

</robot>??

現在通過如下命令，你就通過rviz查看你的小車模型啦。

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[html]?view plain?copy

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roslaunch?urdf_tutorial?display.launch?model:=02_visual.urdf??

?

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第三步： 上色

Ｍｍｍ，我們的小車就快完成了，但全是紅色總覺得怪怪的而且很難辨認。

不過上色同樣很簡單。使用<material> tag并且設置<color> tag

我們得到第三個版本：03_color.urdf

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[html]?view plain?copy

<robot?name="test_robot">??

??<link?name="base_link">??

????<visual>??

???????<geometry>??

?????????<box?size="0.2?.3?.1"/>??

???????</geometry>??

???????<origin?rpy="0?0?0"?xyz="0?0?0.05"/>??

???????<material?name="white">??

?????????<color?rgba="1?1?1?1"/>??

???????</material>??

????</visual>??

??</link>??

??

??<link?name="wheel_1">??

????<visual>??

??????<geometry>??

????????<cylinder?length="0.05"?radius="0.05"/>??

??????</geometry>??

??????<origin?rpy="0?1.5?0"?xyz="0.1?0.1?0"/>??

??????<material?name="black">??

????????<color?rgba="0?0?0?1"/>??

??????</material>??

????</visual>??

??</link>??

??

??<link?name="wheel_2">??

????<visual>??

??????<geometry>??

????????<cylinder?length="0.05"?radius="0.05"/>??

??????</geometry>??

??????<origin?rpy="0?1.5?0"?xyz="-0.1?0.1?0"/>??

??????<material?name="black"/>??

????</visual>??

??</link>??

??

??<link?name="wheel_3">??

????<visual>??

??????<geometry>??

????????<cylinder?length="0.05"?radius="0.05"/>??

??????</geometry>??

??????<origin?rpy="0?1.5?0"?xyz="0.1?-0.1?0"/>??

??????<material?name="black"/>??

????</visual>??

??</link>??

??

??<link?name="wheel_4">??

????<visual>??

??????<geometry>??

????????<cylinder?length="0.05"?radius="0.05"/>??

??????</geometry>??

??????<origin?rpy="0?1.5?0"?xyz="-0.1?-0.1?0"/>??

??????<material?name="black"/>??

????</visual>??

??</link>??

??

??<joint?name="joint_base_wheel1"?type="fixed">??

????<parent?link="base_link"/>??

????<child?link="wheel_1"/>??

??</joint>??

??

??<joint?name="joint_base_wheel2"?type="fixed">??

????<parent?link="base_link"/>??

????<child?link="wheel_2"/>??

??</joint>??

??

??<joint?name="joint_base_wheel3"?type="fixed">??

????<parent?link="base_link"/>??

????<child?link="wheel_3"/>??

??</joint>??

??

??<joint?name="joint_base_wheel4"?type="fixed">??

????<parent?link="base_link"/>??

????<child?link="wheel_4"/>??

??</joint>??

</robot>??

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我們可以看到rviz的結果，如圖一所示。

這下我們差不多完成了。我們馬上就可以移動我們的小車啦。

但是等等，在我們的URDF文件中，內嵌了關于各個部件的大小參數以及位置。這些當然是我們根據草圖用計算器算出來的。

但是這樣的擴展性也太差了吧？難道對每個模型我們都得這么計算嗎？對于相同模型的不同尺寸我們還得重新計算一次？

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第四步： Xacro

什么是Xacro? 我們可以把它理解成為針對URDF的擴展性和配置性而設計的宏語言(macro language)。

有了Xacro，我們就可以像編程一樣來寫URDF文件了。

首先我們來看Xacro文件的變量定義：

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[html]?view plain?copy

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<xacro:property?name="body_width"?value=".2"?/>??

只要定義了body_width，我們就可以通過${body_width}來引用其值了。有了這個，至少我們可以把需要配置的變量進行統一管理。

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其次，我們來看一下Xacro如何進行宏定義。

這里的宏和C語言的宏很像，在轉換成URDF文件時編譯器會將其展開。其基本語法為：

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[html]?view plain?copy

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<xacro:macro?name="wheel"?params="param1?param2">??

</xacro:macro>??

我們來看下URDF文件中關于車身和車輪的大小描述。

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<box size="0.2 .3 .1"/>

<origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.05"/>

<cylinder length="0.05" radius="0.05"/>

<origin rpy="0 1.5 0" xyz="-0.1 0.1 0"/>

這里涉及到的參數有：

車身的大小（body_size），車身中心的位置(body_pos)。

車輪半徑(wheel_radius)和輪胎寬度(wheel_width)，車輪圓心的位置(wheel1_pos, wheel2_pos, wheel3_pos, wheel4_pos)。

相應的在Xacro中定義參數的語法為：

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[html]?view plain?copy

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??<xacro:property?name="body_size"?value=".2?.3?.1"?/>??

??<xacro:property?name="body_pos"?value="0?0?0.05"?/>??

??<xacro:property?name="wheel_radius"?value="0.05"?/>??

??<xacro:property?name="wheel_length"?value="0.05"?/>??

??<xacro:property?name="wheel1_pos"?value="0.1?0.1?0"?/>??

??<xacro:property?name="wheel2_pos"?value="-0.1?0.1?0"?/>??

??<xacro:property?name="wheel3_pos"?value="0.1?-0.1?0"?/>??

??<xacro:property?name="wheel4_pos"?value="-0.1?-0.1?0"?/>??

?

并且每個輪子和連接的代碼也基本相同。

基于上述亮點，我們可以得到以下xacro文件。04_xacro.xacro

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[html]?view plain?copy

?

<?xml?version="1.0"?>??

<robot?xmlns:sensor="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#sensor"??

?????????xmlns:controller="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#controller"??

?????????xmlns:interface="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#interface"??

?????????xmlns:xacro="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#interface"?name="test_robot">??

??

??<xacro:property?name="body_size"?value=".2?.3?.1"?/>??

??<xacro:property?name="body_pos"?value="0?0?0.05"?/>??

??<xacro:property?name="wheel_radius"?value="0.05"?/>??

??<xacro:property?name="wheel_length"?value="0.05"?/>??

??<xacro:property?name="wheel1_pos"?value="0.1?0.1?0"?/>??

??<xacro:property?name="wheel2_pos"?value="-0.1?0.1?0"?/>??

??<xacro:property?name="wheel3_pos"?value="0.1?-0.1?0"?/>??

??<xacro:property?name="wheel4_pos"?value="-0.1?-0.1?0"?/>??

??

??<xacro:macro?name="wheel"?params="wheelname?position">??

????<link?name="${wheelname}">??

??????<visual>??

????????<geometry>??

??????????<cylinder?length="${wheel_length}"?radius="${wheel_radius}"/>??

????????</geometry>??

????????<origin?rpy="0?1.5?0"?xyz="${position}"/>??

????????<material?name="black">??

??????????<color?rgba="0?0?0?1"/>??

????????</material>??

??????</visual>??

????</link>??

??

????<joint?name="joint_base_${wheelname}"?type="fixed">??

??????<parent?link="base_link"/>??

??????<child?link="${wheelname}"/>??

????</joint>??

??</xacro:macro>??

??<xacro:wheel?wheelname="wheel1"?position="${wheel1_pos}"/>??

??<xacro:wheel?wheelname="wheel2"?position="${wheel2_pos}"/>??

??<xacro:wheel?wheelname="wheel3"?position="${wheel3_pos}"/>??

??<xacro:wheel?wheelname="wheel4"?position="${wheel4_pos}"/>??

??

??<link?name="base_link">??

????<visual>??

???????<geometry>??

?????????<box?size="${body_size}"/>??

???????</geometry>??

???????<origin?rpy="0?0?0"?xyz="${body_pos}"/>??

???????<material?name="white">??

?????????<color?rgba="1?1?1?1"/>??

???????</material>??

????</visual>??

??</link>??

</robot>??

驗證該文件的正確性可以有兩種方法。

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1. 轉換成URDF文件，使用check_urdf

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[html]?view plain?copy

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rosrun?xacro?xacro.py?04_xacro.xacro?>?04_xacro.urdf??

2. 使用xacrodisplay.launch

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[html]?view plain?copy

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roslaunch?urdf_tutorial?xacrodisplay.launch?model:=04_xacro.xacro??

我們都會得到和圖1一樣的小車模型。這下我們就可以用Xacro來構建機器人模型了。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的由浅到深理解ROS（7）-URDF的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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