# 8.5 統一機器人描述格式URDF ## 8.5.1 URDF基礎 $$\qquad$$URDF（Unified Robot Description Format）統一機器人描述格式，URDF使用XML格式描述機器人文件。URDF語法規范，參考鏈接：[http://wiki.ros.org/urdf/XML](http://wiki.ros.org/urdf/XML)，URDF組件，是由不同的功能包和組件組成：  $$\qquad$$其中urdf\_parser和urder\_interface已經在hydro之后的版本中去除了。urdf\_paser\_plugin是URDF基礎的插件，衍生出了urdfdom（面向URDF文件）和collar\_parser（面向相互文件）。在URDF當中，當你想要描述一個機器人的時候，例如小車的base\_link和右輪right，兩個link之間需要joint來連接。參考下圖： $$\qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad$$ ## 8.5.2 制作URDF模型 $$\quad$$**（1）添加基本模型** $$\quad$$我們以構建一個小車為例子，為大家講解這部分的內容:（相關的示例代碼可以從我們的tf\_demo中找到），我們的想法是，首先構建base\_link作為小車的父坐標系，然后在base\_link基礎上，再構建左輪，右輪 和雷達 link. 最后不同的link之間通過joint來連接。參考代碼如下： $$\quad \quad \quad \quad\quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad$$ $$\quad$$小技巧： sudo apt-get install liburdfdom-tools，安裝完畢后，執行檢查check\_urdf my\_car.urdf如果一切正常，就會有如下顯示： ** ** $$\quad \quad \quad \quad\quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad$$ $$\quad \quad$$隨后打開新的終端，輸入roslaunch urdf\_demo display\_urdf\_link\_joint.launch,回車之后,發現所有的link和joint都在一起了，詳見urdf本章的demo。 $$\quad \quad \quad \quad\quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad\quad \quad \quad \quad \quad$$ $$\quad$$（2）**添加機器人link之間的相對位置關系** $$\quad$$在基礎模型之上，我們需要為機器人之間link來設相對位置和朝向的關系，URDF中通過&lt;origin&gt;來描述這種關系。 $$\quad \quad \quad \quad\quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad$$ $$\quad \quad$$隨后打開新的終端，輸入roslaunch urdf\_demo display\_urdf\_link\_position.launch,回車之后,發現所有的link和joint已經有在固定的位置上了，詳見urdf本章的demo。 $$\quad \quad \quad \quad\quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad$$ $$\quad$$**（3）添加模型的尺寸，形狀和顏色等** $$\quad$$在已經設置好模型的link基礎上，添加模型的形狀（例如圓柱或長方體），相對于link的位置，顏色等。其中形狀用&lt;geometry&gt;來描述，顏色用&lt;color&gt;來描述。 $$\quad \quad \quad \quad\quad \quad \quad \quad \quad $$ $$\quad$$（4）**顯示URDF模型** $$\quad$$想要在rviz中顯示出我們制作好的小車的URDF模型，可以寫一個launch文件，參考如下： $$\quad \quad \quad \quad$$ $$\quad$$除了launch文件中的前3句，導入我們制作小車的URDF模型外，還需要添加joint\_state\_publisher和robot\_state\_publisjer這兩個節點。效果如下： $$\quad \quad \quad \quad\quad \quad \quad \quad \quad$$ $$\quad$$另外，我們可以輸入rosrun rqt\_tf\_tree rqt\_tf\_tree,可以看到以下tf 樹：  $$\quad$$**小技巧：**你可以將launch文件中的param name="use\_gui"的值由false改成true會彈出一個窗口，同一移動進度條，可以臨時改變joint的朝向。 $$\quad \quad \quad \quad\quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad\quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad$$ ## 8.5.3 制作xacro模型 $$\quad$$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。XACRO格式提供了一些更高級的方式來組織編輯機器人描述. 主要提供了三種方式來使得整個描述文件變得簡單。 $$\quad$$**（1）Constants** ``` Usage：<xacro:property name="WIDTH" value="2.0"/> ``` $$\quad$$類似于C語言中的宏定義, 在頭部定義后就可以${body\_width}進行引用其數值，有了這個，至少我們可以把需要配置的變量進行統一管理和使用。 $$\quad$$**（2）Macros** ``` Usage：<xacro:macro name="default_origin"> <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/> </xacro:macro> <xacro:default_origin /> ``` $$\quad$$Macros是xacro文件中最重要的部分. 就像宏函數一樣, 完成一些最小模塊的定義, 方便重用, 以及可以使用參數來標識不同的部分. $$\quad$$**（3）Include** $$\quad$$很多模型都是已宏的形式進行定義, 并以最小集團分成很多個文件. 而最終的機器人描述就變得非常簡單了. 下面摘錄一個ur5的描述文件. 從中可以看出來xacro的強大優勢. 在最后的示例中我們還能夠看到, urdf文件也是能夠直接導入進來的. ``` Usage：<?xml version="1.0"?> <robot xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro" name="ur5" > <!-- common stuff --> <xacro:include filename="$(find ur_description)/urdf/ur5/common.gazebo.xacro" /> <!-- ur5 --> <xacro:include filename="$(find ur_description)/urdf/ur5/ur5.urdf.xacro" /> <!-- arm --> <xacro:ur5_robot prefix="" joint_limited="false"/> <link name="world" /> <joint name="world_joint" type="fixed"> <parent link="world" /> <child link = "base_link" /> <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /> </joint> </robot> ``` $$\quad$$include類似于C語言中的include, 先將該文件擴展到包含的位置. 但包含進來的文件很有可能只是一個參數宏的定義. 并沒有被調用.$$\quad$$ $$\quad$$舉例說明打開新的終端，輸入roslaunch urdf\_demo display\_xacro.launch,回車之后,發現所有的link和joint已經有在固定的位置上了，并且小車顏色和形狀已經固定完成，詳見urdf本章的demo。 $$\quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad$$ ## 8.5.4 制作gazebo模型 $$\quad$$在已經制作好的xcaro模型的基礎上，添加gazebo模型的組建，看起已經變得十分的具有可操作性。對于二輪差動模型通過添加libgazebo\_ros\_diff\_drive.so插件對小車左右輪的控制。 ``` <gazebo> <plugin name="differential_drive_controller" filename="libgazebo_ros_diff_drive.so"> <robotNamespace>/</robotNamespace> <alwaysOn>true</alwaysOn> <legacyMode>false</legacyMode> <updateRate>50</updateRate> <leftJoint>mybot_left_wheel_hinge</leftJoint> <rightJoint>mybot_right_wheel_hinge</rightJoint> <wheelSeparation>${chassisWidth+wheelWidth}</wheelSeparation> <wheelDiameter>${2*wheelRadius}</wheelDiameter> <torque>20</torque> <commandTopic>mybot_cmd_vel</commandTopic> <odometryTopic>mybot_odom</odometryTopic> <odometryFrame>odom</odometryFrame> <robotBaseFrame>mybot_link</robotBaseFrame> </plugin> </gazebo> ``` $$\quad$$通過添加libgazebo\_ros\_p3d.so來計算里程。 ``` <gazebo> <plugin name="ground_truth" filename="libgazebo_ros_p3d.so"> <frameName>map</frameName> <bodyName>mybot_chassis</bodyName> <topicName>odom</topicName> <updateRate>30.0</updateRate> </plugin> </gazebo> ``` $$\quad$$最后，對gazebo模型中小車左右輪相關PID等參數進行設置 ``` <gazebo reference="mybot_chassis"> <material>Gazebo/Orange</material> </gazebo> <gazebo reference="caster_wheel"> <mu1>0.0</mu1> <mu2>0.0</mu2> <material>Gazebo/Red</material> </gazebo> <gazebo reference="right_wheel"> <mu1 value="1.0"/> <mu2 value="1.0"/> <kp value="10000000.0" /> <kd value="1.0" /> <fdir1 value="1 0 0"/> <material>Gazebo/Black</material> </gazebo> <gazebo reference="left_wheel"> <mu1 value="1.0"/> <mu2 value="1.0"/> <kp value="10000000.0" /> <kd value="1.0" /> <fdir1 value="1 0 0"/> <material>Gazebo/Black</material> </gazebo> </robot> ``` $$\quad$$舉例說明打開新的終端，輸入roslaunch urdf\_demo display\_gazebo\_rviz.launch,回車之后,發現所有的link和joint已經有在固定的位置上了，并且小車顏色和形狀已經固定完成,gazebo界面同樣顯示正常，詳見urdf本章的demo。