机器人建模

URDF

为了在仿真软件里面加载机器人本体，我们通常需要对机器人进行建模。而ROS及一些仿真软件通常使用URDF（Unified Robot Description Format）格式的文件来对机器人建模

URDF是一种基于XML的机器人模型描述格式，主要用于定义机器人的连杆（links）、关节（joints）、几何形状和物理属性

基本结构

URDF文件以<robot>为根标签，包含<link>（描述刚体）和<joint>（描述连接关系）两类核心标签

<?xml version="1.0"?>
<robot name="my_robot">
  <!-- 定义连杆 -->
  <link name="base_link">...</link>
  <!-- 定义关节 -->
  <joint name="joint_1" type="revolute">...</joint>
</robot>

常用标签

在进行运动学和动力学仿真时，所需要的子标签不完全相同。如果仅进行运动学仿真，则不需要碰撞、摩擦、质量等子标签

robot

作为一个urdf的根标签，全局只有一个

link

描述机器人的一个刚体部件（如底座、轮子、传感器等）

子标签	作用	关键属性/子标签
`<visual>`	定义部件的可视化外观（形状、颜色、材质等）	- `<geometry>`：形状（`<box>`、`<cylinder>`、`<sphere>`、`<mesh>`） - `<origin>`：偏移和旋转（`xyz`、`rpy`） - `<material>`：颜色（`rgba`）
`<collision>`	定义部件的碰撞几何体（用于物理仿真）	与`<visual>`类似，但通常更简化以提高性能
`<inertial>`	定义部件的质量、质心和惯性矩阵（动力学仿真必需）	- `<mass>`：质量（`value`） - `<inertia>`：惯性矩阵（`ixx`、`ixy`等） - `<origin>`：质心位置

joint

描述2个连杆间的连接关系

子标签	作用	关键属性/子标签
`<parent>`	指定父`<link>`的名称（必需）	`link`：父链接名称
`<child>`	指定子`<link>`的名称（必需）	`link`：子链接名称
`<origin>`	定义关节坐标系相对于父/子链接的偏移和旋转	`xyz`：平移偏移 `rpy`：旋转角度（弧度）
`<axis>`	定义关节的运动轴（如旋转轴或平移方向）	`xyz`：轴方向向量（如 `"1 0 0"` 表示绕X轴旋转）
`<limit>`	设置关节的运动限制（如角度、速度、力矩）	`lower`/`upper`：位置限制 `effort`：最大力矩 `velocity`：最大速度
`<dynamics>`	定义关节的物理特性（如阻尼、摩擦）	`damping`：阻尼系数 `friction`：静摩擦系数
`<safety_controller>`	设置安全控制器参数（防止关节超限）	`soft_lower_limit`/`soft_upper_limit`：软限制边界
`<mimic>`	使当前关节模仿另一个关节的运动（如机械臂的联动）	`joint`：被模仿的关节名 `multiplier`：运动比例。

合法性检查

1	check_urdf xxxx.urdf

rviz可视化

在使用URDF文件定义好了机器人后，需要通过一些node间的通信机制把信息发给rviz节点，然后rviz在收到对应的信息后，就可以显示机器人了

URDF定义的机器人模型是静态的，如果要控制其移动，也需要发送某些预定的topic

用途	预定话题
(rviz)获取机器人 URDF 模型描述	`/robot_description`（存储 URDF/Xacro 的 XML 字符串）
(rviz)实时获取各连杆（`<link>`）的坐标系变换关系	`/tf` 和 `/tf_static`（发布父子坐标系间的位姿）
(rviz)获取关节（`<joint>`）的实时角度/位置	`/joint_states`（由 `joint_state_publisher` 或控制器发布）

可以看到，rviz如果要显示机器人，主要依靠的是/robot_description话题，他是由robot_state_publisher功能包中的同名node发送的，所以我们要启动这个node才行

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