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ROS2与URDF入门教程-使用URDF构建视觉机器人模型

说明：

  • 介绍如何构建可以在 Rviz 中查看的机器人视觉模型

准备：

  • 确保安装了joint_state_publisher包

步骤：

  • 探索一个简单的形状
<?xml version="1.0"?>
<robot name="myfirst">
  <link name="base_link">
    <visual>
      <geometry>
        <cylinder length="0.6" radius="0.2"/>
      </geometry>
    </visual>
  </link>
</robot>
  • 检查模型，启动display.launch.py文件
ros2 launch urdf_tutorial display.launch.py model:=urdf/01-myfirst.urdf
  • 修改的参数
ros2 launch urdf_tutorial display.launch.py model:=`ros2 pkg prefix --share urdf_tutorial`/urdf/01-myfirst.urdf
  • RViz 显示以下内容

请输入图片描述

  • 添加关节。
  • 关节元件可以指柔性和非柔性关节
<?xml version="1.0"?>
<robot name="multipleshapes">
  <link name="base_link">
    <visual>
      <geometry>
        <cylinder length="0.6" radius="0.2"/>
      </geometry>
    </visual>
  </link>

  <link name="right_leg">
    <visual>
      <geometry>
        <box size="0.6 0.1 0.2"/>
      </geometry>
    </visual>
  </link>

  <joint name="base_to_right_leg" type="fixed">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="right_leg"/>
  </joint>

</robot>
  • 运行
ros2 launch urdf_tutorial display.launch.py model:=urdf/02-multipleshapes.urdf

请输入图片描述

  • R2D2 的腿连接到他躯干的上半部分，在侧面。这就是我们指定 JOINT 的原点的地方。此外，它不附着在腿的中间，而是附着在上部，所以我们也必须偏移腿的原点。我们还旋转腿，使其直立
<?xml version="1.0"?>
<robot name="origins">
  <link name="base_link">
   <visual>
      <geometry>
        <cylinder length="0.6" radius="0.2"/>
      </geometry>
    </visual>
  </link>

  <link name="right_leg">
    <visual>
      <geometry>
        <box size="0.6 0.1 0.2"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 1.57075 0" xyz="0 0 -0.3"/>
    </visual>
  </link>

  <joint name="base_to_right_leg" type="fixed">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="right_leg"/>
    <origin xyz="0 -0.22 0.25"/>
  </joint>

</robot>

  • 让我们从检查关节的原点开始。它是根据父母的参考系定义的。所以我们在 y 方向（向我们的左侧，但相对于轴的右侧）为 -0.22 米，在 z 方向（向上）为 0.25 米。这意味着子链接的原点将向上和向右，无论子链接的视觉原点标记如何。由于我们没有指定 rpy (roll pitch yaw) 属性，子框架将默认与父框架具有相同的方向

  • 现在，查看腿部的视觉原点，它同时具有 xyz 和 rpy 偏移量。这定义了视觉元素的中心应该在哪里，相对于它的原点。由于我们希望腿附着在顶部，因此我们通过将 z 偏移设置为 -0.3 米来向下偏移原点。由于我们希望腿的长部分平行于 z 轴，我们围绕 Y 轴旋转视觉部分 PI/2。

ros2 launch urdf_tutorial display.launch.py model:=urdf/03-origins.urdf

请输入图片描述

  • 启动文件运行的包将根据您的 URDF 为模型中的每个链接创建 TF 框架。Rviz 使用此信息来确定在何处显示每个形状

  • 如果给定 URDF 链接不存在 TF 框架，则它将以白色放置在原点

  • Material Girl标签

<?xml version="1.0"?>
<robot name="materials">

  <material name="blue">
    <color rgba="0 0 0.8 1"/>
  </material>

  <material name="white">
    <color rgba="1 1 1 1"/>
  </material>

  <link name="base_link">
    <visual>
      <geometry>
        <cylinder length="0.6" radius="0.2"/>
      </geometry>
      <material name="blue"/>
    </visual>
  </link>

  <link name="right_leg">
    <visual>
      <geometry>
        <box size="0.6 0.1 0.2"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 1.57075 0" xyz="0 0 -0.3"/>
      <material name="white"/>
    </visual>
  </link>

  <joint name="base_to_right_leg" type="fixed">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="right_leg"/>
    <origin xyz="0 -0.22 0.25"/>
  </joint>

  <link name="left_leg">
    <visual>
      <geometry>
        <box size="0.6 0.1 0.2"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 1.57075 0" xyz="0 0 -0.3"/>
      <material name="white"/>
    </visual>
  </link>

  <joint name="base_to_left_leg" type="fixed">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="left_leg"/>
    <origin xyz="0 0.22 0.25"/>
  </joint>

</robot>

  • 定义了一种名为“蓝色”的新材质，红色、绿色、蓝色和 alpha 通道分别定义为 0、0、0.8 和 1。所有值都可以在 [0,1] 范围内。然后 base_link 的视觉元素引用此材料。白色材料的定义类似

  • 可以从视觉元素中定义材料标签，甚至在其他链接中引用它

  • 可以使用纹理来指定用于为对象着色的图像文件

ros2 launch urdf_tutorial display.launch.py model:=urdf/04-materials.urdf

请输入图片描述

  • 添加了一个球体和一些网格
<?xml version="1.0"?>
<robot name="visual">

  <material name="blue">
    <color rgba="0 0 0.8 1"/>
  </material>
  <material name="black">
    <color rgba="0 0 0 1"/>
  </material>
  <material name="white">
        <color rgba="1 1 1 1"/>
  </material>

  <link name="base_link">
    <visual>
      <geometry>
        <cylinder length="0.6" radius="0.2"/>
      </geometry>
      <material name="blue"/>
    </visual>
  </link>

  <link name="right_leg">
    <visual>
      <geometry>
        <box size="0.6 0.1 0.2"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 1.57075 0" xyz="0 0 -0.3"/>
      <material name="white"/>
    </visual>
  </link>

  <joint name="base_to_right_leg" type="fixed">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="right_leg"/>
    <origin xyz="0 -0.22 0.25"/>
  </joint>

  <link name="right_base">
    <visual>
      <geometry>
        <box size="0.4 0.1 0.1"/>
      </geometry>
      <material name="white"/>
    </visual>
  </link>

  <joint name="right_base_joint" type="fixed">
    <parent link="right_leg"/>
    <child link="right_base"/>
    <origin xyz="0 0 -0.6"/>
  </joint>

  <link name="right_front_wheel">
    <visual>
      <origin rpy="1.57075 0 0" xyz="0 0 0"/>
      <geometry>
        <cylinder length="0.1" radius="0.035"/>
      </geometry>
      <material name="black"/>
    </visual>
  </link>
  <joint name="right_front_wheel_joint" type="fixed">
    <parent link="right_base"/>
    <child link="right_front_wheel"/>
    <origin rpy="0 0 0" xyz="0.133333333333 0 -0.085"/>
  </joint>

  <link name="right_back_wheel">
    <visual>
      <origin rpy="1.57075 0 0" xyz="0 0 0"/>
      <geometry>
        <cylinder length="0.1" radius="0.035"/>
      </geometry>
      <material name="black"/>
    </visual>
  </link>
  <joint name="right_back_wheel_joint" type="fixed">
    <parent link="right_base"/>
    <child link="right_back_wheel"/>
    <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.133333333333 0 -0.085"/>
  </joint>

  <link name="left_leg">
    <visual>
      <geometry>
        <box size="0.6 0.1 0.2"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 1.57075 0" xyz="0 0 -0.3"/>
      <material name="white"/>
    </visual>
  </link>

  <joint name="base_to_left_leg" type="fixed">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="left_leg"/>
    <origin xyz="0 0.22 0.25"/>
  </joint>

  <link name="left_base">
    <visual>
      <geometry>
        <box size="0.4 0.1 0.1"/>
      </geometry>
      <material name="white"/>
    </visual>
  </link>

  <joint name="left_base_joint" type="fixed">
    <parent link="left_leg"/>
    <child link="left_base"/>
    <origin xyz="0 0 -0.6"/>
  </joint>

 <link name="left_front_wheel">
    <visual>
      <origin rpy="1.57075 0 0" xyz="0 0 0"/>
      <geometry>
        <cylinder length="0.1" radius="0.035"/>
      </geometry>
      <material name="black"/>
    </visual>
  </link>
  <joint name="left_front_wheel_joint" type="fixed">
    <parent link="left_base"/>
    <child link="left_front_wheel"/>
    <origin rpy="0 0 0" xyz="0.133333333333 0 -0.085"/>
  </joint>

  <link name="left_back_wheel">
    <visual>
      <origin rpy="1.57075 0 0" xyz="0 0 0"/>
      <geometry>
        <cylinder length="0.1" radius="0.035"/>
      </geometry>
      <material name="black"/>
    </visual>
  </link>
  <joint name="left_back_wheel_joint" type="fixed">
    <parent link="left_base"/>
    <child link="left_back_wheel"/>
    <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.133333333333 0 -0.085"/>
  </joint>

  <joint name="gripper_extension" type="fixed">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="gripper_pole"/>
    <origin rpy="0 0 0" xyz="0.19 0 0.2"/>
  </joint>

  <link name="gripper_pole">
    <visual>
      <geometry>
        <cylinder length="0.2" radius="0.01"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 1.57075 0 " xyz="0.1 0 0"/>
    </visual>
  </link>

  <joint name="left_gripper_joint" type="fixed">
    <origin rpy="0 0 0" xyz="0.2 0.01 0"/>
    <parent link="gripper_pole"/>
    <child link="left_gripper"/>
  </joint>

  <link name="left_gripper">
    <visual>
      <origin rpy="0.0 0 0" xyz="0 0 0"/>
      <geometry>
        <mesh filename="package://urdf_tutorial/meshes/l_finger.dae"/>
      </geometry>
    </visual>
  </link>

  <joint name="left_tip_joint" type="fixed">
    <parent link="left_gripper"/>
   <child link="left_tip"/>
  </joint>

  <link name="left_tip">
    <visual>
      <origin rpy="0.0 0 0" xyz="0.09137 0.00495 0"/>
      <geometry>
        <mesh filename="package://urdf_tutorial/meshes/l_finger_tip.dae"/>
      </geometry>
    </visual>
  </link>
  <joint name="right_gripper_joint" type="fixed">
    <origin rpy="0 0 0" xyz="0.2 -0.01 0"/>
    <parent link="gripper_pole"/>
    <child link="right_gripper"/>
  </joint>

  <link name="right_gripper">
    <visual>
      <origin rpy="-3.1415 0 0" xyz="0 0 0"/>
      <geometry>
        <mesh filename="package://urdf_tutorial/meshes/l_finger.dae"/>
      </geometry>
    </visual>
  </link>

  <joint name="right_tip_joint" type="fixed">
    <parent link="right_gripper"/>
    <child link="right_tip"/>
  </joint>

  <link name="right_tip">
    <visual>
      <origin rpy="-3.1415 0 0" xyz="0.09137 0.00495 0"/>
      <geometry>
        <mesh filename="package://urdf_tutorial/meshes/l_finger_tip.dae"/>
      </geometry>
    </visual>
  </link>

  <link name="head">
    <visual>
      <geometry>
        <sphere radius="0.2"/>
      </geometry>
      <material name="white"/>
    </visual>
  </link>
  <joint name="head_swivel" type="fixed">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="head"/>
    <origin xyz="0 0 0.3"/>
  </joint>

  <link name="box">
    <visual>
      <geometry>
        <box size="0.08 0.08 0.08"/>
      </geometry>
      <material name="blue"/>
    </visual>
  </link>

  <joint name="tobox" type="fixed">
    <parent link="head"/>
    <child link="box"/>
    <origin xyz="0.1814 0 0.1414"/>
  </joint>
</robot>
  • 运行
ros2 launch urdf_tutorial display.launch.py model:=urdf/05-visual.urdf

请输入图片描述

  • 添加球体
<link name="head">
  <visual>
    <geometry>
      <sphere radius="0.2"/>
    </geometry>
    <material name="white"/>
  </visual>
</link>
  • 这里的网格是从 PR2 借来的。它们是单独的文件，您必须为其指定路径。你应该使用package://NAME_OF_PACKAGE/path符号。本教程的网格位于urdf_tutorial包内名为 meshes 的文件夹中
<link name="left_gripper">
  <visual>
    <origin rpy="0.0 0 0" xyz="0 0 0"/>
    <geometry>
      <mesh     filename="package://urdf_tutorial/meshes/l_finger.dae"/>
    </geometry>
  </visual>
</link>

  • 网格可以以多种不同的格式导入。STL 相当普遍，但引擎也支持 DAE，它可以拥有自己的颜色数据，这意味着您不必指定颜色/材质。这些通常位于单独的文件中。这些网格也引用.tif了网格文件夹中的文件

  • 可以使用相对缩放参数或边界框大小来调整网格的大小

参考:

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标签: ros2与urdf入门教程