ROS筆記 - 機器人模型URDF

　　URDF (Unified Robot Description Format) - 統一機器人描述格式， 是一種特殊的XML文件格式，用來描述機器人的模型。

1. URDF語法規範

參考：XML specifications

2. URDF教程

      1. 使用URDF建立機器人模型
          了解如何構建可在Rviz中查看的機器人的可視化模型

      

      2. 建立可移動的URDF機器人模型
          了解如何在URDF中定義可移動關節

      3. 在URDF模型中加入碰撞與物理屬性
          了解如何加入關節碰撞與慣性特性，以及關節動學特性(friction, damping)

      4. 使用Xacro整理URDF文件
          了解如何Xacro精簡URDF文件內容

3. 建立URDF文件 

參考URDF: Create your own urdf file

3.1 link 和 joint

　　在URDF中，機器人主要結構透過link和joint來表示。link定義實際機器人的機構件，而前後link(parent link, child link)之間使用joint做連接，並可再設定joint的運動方式(fixed, revolute, contunuous...)。link與joint的位置關係是透過前後之間的相對位置來定義，child link的中心位置以joint的位置做為參考，joint則是相對於前一個joint(parent link的joint)的位置作參考。

　　下圖為ROS URDF教學的範例，將創建一個樹狀結構的機器人模型：

3.2 基礎模型
　　本節將從機器人的整體結構出發，不考慮過多的細節，可以將機器人通過如下的URDF表示：

   1 <robot name="my_robot">
   2   <link name="link1" />
   3   <link name="link2" />
   4   <link name="link3" />
   5   <link name="link4" />
   6 
   7   <joint name="joint1" type="continuous">
   8     <parent link="link1"/>
   9     <child link="link2"/>
  10   </joint>
  11 
  12   <joint name="joint2" type="continuous">
  13     <parent link="link1"/>
  14     <child link="link3"/>
  15   </joint>
  16 
  17   <joint name="joint3" type="continuous">
  18     <parent link="link3"/>
  19     <child link="link4"/>
  20   </joint>
  21 </robot>

設定完畢後，ROS為用戶提供了一個檢查URDF語法的工具

$ check_urdf my_robot.urdf

如果一切正常，將會顯示如下：

robot name is: test_robot

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

root Link: link1 has 2 child(ren)

    child(1):  link2

    child(2):  link3

        child(1):  link4

3.3 設定link參數
　　接著定義機器人機構件(link)的參數，在link中可以分成設定機構件的外觀、碰撞、慣性等項目，並分別設定機構外型<geometry> (box/cylinder/mesh等)、偏移量<origin xyz> (公尺)、旋轉量<origin rpy> (徑度)等參數。選擇自己需要的項目設定即可。

   1  <link name="my_link">
   2    <inertial>
   3      <origin xyz="0 0 0.5" rpy="0 0 0"/>
   4      <mass value="1"/>
   5      <inertia ixx="100"  ixy="0"  ixz="0" iyy="100" iyz="0" izz="100" />
   6    </inertial>
   7 
   8    <visual>
   9      <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
  10      <geometry>
  11        <box size="1 1 1" />
  12      </geometry>
  13      <material name="Cyan">
  14        <color rgba="0 1.0 1.0 1.0"/>
  15      </material>
  16    </visual>
  17 
  18    <collision>
  19      <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
  20      <geometry>
  21        <cylinder radius="1" length="0.5"/>
  22      </geometry>
  23    </collision>
  24  </link>

3.4 加入joint設定
　　在joint中可以設定關節的類型<joint type>、偏移量<origin>、旋轉軸<axis>、上下限<liniit lower/upper>等參數，

1  <robot name="test_robot">
   2    <link name="link1" />
   3    <link name="link2" />
   4    <link name="link3" />
   5    <link name="link4" />
   6   
   7    <joint name="joint1" type="fixed">
   8      <parent link="link1"/>
   9      <child link="link2"/>
  10      <origin xyz="5 3 0" rpy="0 0 0" />  12    </joint>
  13   
  14    <joint name="joint2" type="continuous">
  15      <parent link="link1"/>
  16      <child link="link3"/>
  17      <origin xyz="-2 5 0" rpy="0 0 1.57" />
  18      <axis xyz="-0.707 0.707 0" />
  19    </joint>
  20   
  21    <joint name="joint3" type="revolute">
  22      <parent link="link3"/>
  23      <child link="link4"/>
  24      <origin xyz="5 0 0" rpy="0 0 -1.57" />
  25      <axis xyz="0.707 -0.707 0" />  26      <limit effort="300" lower="-2.617" upper="1.983" velocity="1"/>  28    </joint>
  29  </robot>

3.5 顯示URDF圖形
　　設定完成之後，可以呼叫urdf_tutorial中提供的display.launch開啟rviz的3D模型，確認是否設定正確

$ roslaunch urdf_tutorial display.launch model:=/home/seven/dev/rosbook/seven_moveit_config/urdf/RCK100.urdf

3.6 載入mesh模型
　　在URDF <geometry>中，除了使用預設的幾何圖形外，亦可載入3D模型圖像


參考資料
<ROS> 機器人描述--URDF和XACRO