机器人系统ros2-开发学习实践10-从零开始构建视觉机器人模型(urdf)_ros2 urdf包

在本教程中，我们将构建一个看起来像 ROS2 的机器人视觉模型。在后面的教程中，您将学习如何阐明模型、添加一些物理属性以及使用 xacro
生成更简洁的代码，但现在，我们将专注于获得正确的视觉几何。

在继续之前，请确保您已安装joint_state_publisher软件包。

joint_state_publisher是一个ROS包，它可以将关节状态发布到一个ROS主题上，以便其他节点可以订阅它。这个包通常用于机器人模拟，将机器人模型的关节状态发布到
ROS 环境中，让其他节点可以订阅并使用

安装joint_state_publisher

ros2 humble安装joint_state_publisher功能包

sudo apt install ros-humble-robot-state-publisher
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安装urdf_tutorial

下载urdf_tutorial 示例工程源代码

cd ~/ros2_study
git clone -b ros2 https://github.com/ros/urdf_tutorial.git src/urdf_tutorial
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在工作区的根目录中运行rosdep以检查是否缺少依赖项。

rosdep install -i --from-path src --rosdistro humble -y

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仍然在工作区的根目录中构建您的包：

colcon build --packages-select urdf_tutorial

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打开一个新终端，导航到工作区的根目录，然后获取安装文件：

. install/setup.bash
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定义单个形状的

首先，我们将探索一个简单的形状。这就像您可以制作的 urdf 一样简单

<?xml version="1.0"?>
<robot name="myfirst">
  <link name="base_link">
    <visual>
      <geometry>
        <cylinder length="0.6" radius="0.2"/>
      </geometry>
    </visual>
  </link>
</robot>
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将 XML 翻译成英文，这是一个名为 的机器人myfirst，仅包含一个链接link （也称为零件），其视觉visual组件只是一个长 0.6 米、半径 0.2 米的圆柱体。

要检查模型，请启动文件display.launch.py：

ros2 launch urdf_tutorial display.launch.py model:=urdf/01-myfirst.urdf
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display.launch.py 做了三件事：

• 加载指定的模型并将其保存为robot_state_publisher节点的参数。

• 运行节点来发布sensor_msgs/msg/JointState并进行转换

• 使用配置文件启动 Rviz

启动后display.launch.py，RViz 应该会向您显示以下内容：

上面演示了单个形状的urdf 定义后的效果，接下来继续添加形状

多个形状

现在让我们看看如何添加多个形状/链接。

如果我们只是向 urdf 添加更多链接元素，解析器将不知道将它们放在哪里。所以，我们必须添加关节。

关节元件可以指柔性关节和非柔性关节。我们将从不灵活或固定的关节开始

新增一个形状，也就是新增一个零件，定义零件的名字以及大小

<link name="right_leg">
    <visual>
      <geometry>
        <box size="0.6 0.1 0.2"/>
      </geometry>
    </visual>
  </link>
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然后定义这个新增的零件放在什么位置

• 定义关节的名称 name="base_to_right_leg"
• type="fixed" 类型为 固定关节
• parent link="base_link" 就是依赖零件

  <joint name="base_to_right_leg" type="fixed">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="right_leg"/>
  </joint>
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这样就定义了两个零件形状的机器人，新的urdf 如下：

<?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>
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注意我们如何定义 0.6mx 0.1mx 0.2m 的盒子

关节是根据父项和子项定义的。 URDF 最终是一种具有一个根链接的树结构。这意味着腿的位置取决于 base_link 的位置。

• <joint name="base_to_right_leg" type="fixed">：定义了一个名为 “base_to_right_leg” 的关节，并指定了关节类型为 “fixed”。固定关节（fixed joint）意味着两个链接之间没有相对运动，即 “right_leg” 与 “base_link” 固定不动。
• <parent link="base_link"/>：这行指定了父链接为 “base_link”。在URDF中，父链接是子链接附加的对象。
• <child link="right_leg"/>：这行指定了子链接为 “right_leg”。在这种情况下，“right_leg” 将被固定到 “base_link” 上。

定义好之后我们重新走一遍上面的流程，编译-运行-看效果

• 注意我们如何定义 0.6mx 0.1mx 0.2m 的盒子

• 关节是根据父项和子项定义的。 URDF 最终是一种具有一个根链接的树结构。这意味着腿的位置取决于 base_link 的位置。

• 两个形状相互重叠，因为它们具有相同的起源。如果我们希望它们不重叠，我们必须定义更多的原点。

调整附加零件的坐标位置以及方向

新增的零件在侧面连接到他躯干的上半部分。这就是我们指定 JOINT 的起源的地方。另外，它不会附着在腿的中间，而是附着在上部，因此我们也必须偏移腿的原点。我们还旋转腿，使其直立。

修改这个零件的定义，新的定义如下：

修改前：

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

  <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>
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新增了这行： <origin rpy="0 1.57075 0" xyz="0 0 -0.3"/>

• <origin rpy="0 1.57075 0" xyz="0 0 -0.3"/>：这行定义了部件的原点相对于父链接的位置和方向。
  rpy=“0 1.57075 0”：这表示围绕x、y、z轴的旋转（Roll, Pitch, Yaw），单位是弧度。这里的设置意味着围绕y轴旋转约90度（π/2 或 1.57075 弧度）。
  xyz=“0 0 -0.3”：这定义了部件的位移，沿着z轴向下移动0.3米。

让我们再来观察一下现在机器人形状在Rviz 里是一个怎么样的形态。

老套路，编译-运行

再定义关节位置属性

新增的关节urdf表示如下：

 <joint name="base_to_right_leg" type="fixed">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="right_leg"/>
    <origin xyz="0 -0.22 0.25"/>
  </joint>
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：这行定义了关节的原点相对于父链接（“base_link”）的位置。
xyz=“0 -0.22 0.25”：这表示关节的位置位于父链接的原点之上，在y轴方向上偏移-0.22米（向左），在z轴方向上偏移0.25米（向上）。

新增效果如下：

回顾：在这里我们定义了一个机器人的机身，又定义了它的一条右腿，左腿比机身高一点。接下来 自己尝试着定义机器人的左腿，这样更能加深自己的理解和印象。