具身智能学习笔记

机器人建模

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3 most important points

  1. URDF 使用 XML 格式描述机器人文件
  2. 使用 link 描绘不同部件的外形，包括形状、材质（颜色）、初始位置、初始角度
  3. 使用 joint 描述部件之间的关系，包括位置关系和旋转关系

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Notes

URDF（Unified Robot Description Format）统一机器人描述格式，URDF 使用 XML 格式描述机器人文件。

XML

XML 规定了数据格式。 示例，类似 HTML：

<?xml version="1.0"?>
<robot name="阿童木">
<link name="大手臂">具体的描述</link>
<joint name="胳膊肘">具体的描述</joint>
<link name="小手臂">具体的描述</link>
</robot>

其中包括：

  • 标签：如 robot 和 link
  • 属性：如 name

XML 格式在线校验工具：在线代码格式化

  • URDF 的组成
    • 声明信息
      • XML 声明：<?xml version="1.0"?>
      • 机器人声明：如 <robot name="阿童木">
    • 关键组件
      • link：机器人的部件，比如躯体、轮子、IMU、雷达、支撑轮等、
        • visual：描述形状
          • geometry：几何形状
            • box：长方体，属性 size 长宽高
            • sphere：球体，属性 radius 半径
            • cylinder：圆柱体，属性 radius 半径、length 高度
            • mesh：第三方导出的模型文件，属性 filename
          • origin：原始位姿，默认在物体几何中心，属性 xyz 默认零矢量、rpy 为弧度表示的翻滚、俯仰、偏航
          • material：材质，属性 name
            • color：属性 rgba
        • collision：碰撞属性 即描述碰撞体，类似 visual ^4328bb
          • geometry：碰撞体的几何形状
          • origin：碰撞体的原始位姿
          • material：可选 碰撞体的材料
        • inertial：惯性参数、质量等 ^4ba58f
          • mass：质量
          • inertia：旋转惯量，属性 ixx\ixy\ixz\iyy\iyz\izz 有特定计算方法
      • joint：Link 和 Link 之间的链接部分称为关节，写明父子关系
        • 属性 type
          • revolute：旋转关节，绕单轴旋转，角度有上下限，比如舵机 0-180
          • continuous：旋转关节，可以绕单轴无限旋转，比如自行车的前后轮
          • fixed：固定关节，不允许运动的特殊关节
          • prismatic：滑动关节，沿某一轴线移动的关节，有位置极限
          • planer：平面关节，允许在 xyz，rxryrz 六个方向运动
          • floating：浮动关节，允许进行平移、旋转运动
        • parent：父 link 名称，属性 link
        • child：子 link 名称，属性 link
        • origin：父子的关系，属性 xyz、rpy
        • axis：围绕旋转的关节轴，属性 xyz
<?xml version="1.0"?>
<robot name="fishbot">
 
	<!-- base link -->
	<link name="base_link">
		<visual>
			<origin xyz="0 0 0.0" rpy="0 0 0"/>
			<geometry>
				<cylinder length="0.12" radius="0.10"/>
			</geometry>
		</visual>
	</link>
	
	<!-- laser link -->
	<link name="laser_link">
		<visual>
			<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
			<geometry>
				<cylinder length="0.02" radius="0.02"/>	
			</geometry>
			<material name="black">
				<color rgba="0.0 0.0 0.0 0.5" /> 
			</material>
		</visual>
	</link>
	
	<!-- laser joint -->
	<joint name="laser_joint" type="fixed">
		<parent link="base_link" />
		<child link="laser_link" />
		<origin xyz="0 0 0.075" />
	</joint>
 
</robot>

两轮差速模型示意图 

<?xml version="1.0"?>
<robot name="fishbot">
    
	<!-- base link -->
	<link name="base_link">
		<visual>
			<origin xyz="0 0 0.0" rpy="0 0 0"/>
			<geometry>
				<cylinder length="0.12" radius="0.10"/>
			</geometry>
		</visual>
	</link>
	
	<!-- laser link -->
	<link name="laser_link">
		<visual>
			<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
			<geometry>
				<cylinder length="0.02" radius="0.02"/>	
			</geometry>
			<material name="black">
				<color rgba="0.0 0.0 0.0 0.5" /> 
			</material>
		</visual>
	</link>
	
	<!-- laser joint -->
	<joint name="laser_joint" type="fixed">
		<parent link="base_link" />
		<child link="laser_link" />
		<origin xyz="0 0 0.075" />
	</joint>
 
	<link name="imu_link">
		<visual>
			<origin xyz="0 0 0.0" rpy="0 0 0"/>
			<geometry>
				<box size="0.02 0.02 0.02"/>
			</geometry>
		</visual>
	</link>
 
	<!-- imu joint -->
	<joint name="imu_joint" type="fixed">
		<parent link="base_link" />
		<child link="imu_link" />
		<origin xyz="0 0 0.02" />
	</joint>
 
	
	<link name="left_wheel_link">
		<visual>
			<origin xyz="0 0 0" rpy="1.57079 0 0"/>
			<geometry>
				<cylinder length="0.04" radius="0.032"/>
			</geometry>
			<material name="black">
				<color rgba="0.0 0.0 0.0 0.5" /> 
			</material>
		</visual>
	</link>
    
	<joint name="left_wheel_joint" type="continuous">
		<parent link="base_link" />
		<child link="left_wheel_link" />
		<origin xyz="-0.02 0.10 -0.06" />
		<axis xyz="0 1 0" />
	</joint>
 
	<link name="right_wheel_link">
		<visual>
			<origin xyz="0 0 0" rpy="1.57079 0 0"/>
			<geometry>
				<cylinder length="0.04" radius="0.032"/>
			</geometry>
			<material name="black">
				<color rgba="0.0 0.0 0.0 0.5" /> 
			</material>
		</visual>
	</link>
    
	<joint name="right_wheel_joint" type="continuous">
		<parent link="base_link" />
		<child link="right_wheel_link" />
		<origin xyz="-0.02 -0.10 -0.06" />
		<axis xyz="0 1 0" />
	</joint>
	
	<link name="caster_link">
		<visual>
			<origin xyz="0 0 0" rpy="1.57079 0 0"/>
			<geometry>
				<sphere radius="0.016"/>
			</geometry>
			<material name="black">
				<color rgba="0.0 0.0 0.0 0.5" /> 
			</material>
		</visual>
	</link>
    
	<joint name="caster_joint" type="fixed">
		<parent link="base_link" />
		<child link="caster_link" />
		<origin xyz="0.06 0.0 -0.076" />
		<axis xyz="0 1 0" />
	</joint>
 
</robot>

Reference

Graph View

Backlinks