• 参考
    • https://baike.baidu.com/item/urdf/23744717
    • https://www.cnblogs.com/TNTksals/p/15559136.html

百度百科

  • URDF，全称为Unified Robot Description Format，中文可以翻译为“统一机器人描述格式”。
  • 与计算机文件中的.txt文本格式、.jpg图像格式等类似，URDF是一种基于XML规范、用于描述机器人结构的格式。

  • 根据该格式的设计者所言，设计这一格式的目的在于提供一种尽可能通用（as general as possible）的机器人描述规范

  • 从机构学角度讲，机器人通常被建模为由连杆和关节组成的结构。
  • 连杆是带有质量属性的刚体，而关节是连接、限制两个刚体相对运动的结构。关节也被称为运动副。通过关节将连杆依次连接起来，就构成了一个个运动链（也就是这里所定义的机器人模型）。
  • 一个URDF文档即描述了这样的一系列关节与连杆的相对关系、惯性属性、几何特点和碰撞模型。具体来说，包括
    • 机器人模型的运动学与动力学描述
    • 机器人的几何表示
    • 机器人的碰撞模型

  • 根据关节与连杆相关元素的定义，列举如下基于URDF的机器人描述示例：

  • 单连杆机器人，一个仅由一根连杆构成的机器人模型可用URDF描述如下： 
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      <?xml version="1.0"?>
  <robot name="mybot">  
      <link name="base_link">    
          <visual>      
              <geometry>        
                  <cylinder length="0.6" radius="0.2"/>      
              </geometry>    
          </visual>  
      </link>
  </robot>
    • 以上定义描述了一个名称为mybot的机器人，该机器人具有一根名为base_link的连杆，该连杆是一个长为0.6、横截面半径为0.2的圆柱体。根据机器人操作系统（ROS）的官方文档，URDF格式采用“米-千克-秒”制，因此上述数值单位为米。
  • 二连杆机器人 
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      <?xml version="1.0"?>
  <robot name="two_link_bot">
      <link name="link_0">
          <visual>
              <geometry>
                  <cylinder length="0.6" radius="0.2"/>
              </geometry>
          </visual>
      </link>
        
      <link name="link_1">
          <visual>
              <geometry>
                  <cylinder length="0.6" radius="0.2"/>
              </geometry>
          </visual>
      </link>
        
      <joint name="joint_0" type="revolute">
          <axis xyz="0 0 1"/>
          <limit effort="100.0" lower="0.0" upper="0.5" velocity="0.5"/>
          <origin rpy="0 0 0" xyz="0.0 0.0 0.3"/>
          <parent link="link_0"/>
          <child link="link_1"/>
      </joint>
  </robot>
    • 以上定义描述了一个名称为two_link_bot的机器人，该机器人具有两根连杆，两根连杆由一个旋转关节joint_0连接。

URDF 文件

  • Unified Robot Description Format，统一机器人描述格式，简称为URDF

  • ROS中的urdf功能包包含一个URDF的C++解析器，URDF文件使用XML格式描述机器人模型

  • <robot>
    • 完整机器人模型的最顶层标签
    • <link>和<joint>标签都必须包含在<robot>标签内
    • 一个完整的机器人模型，由一系列<link>和<joint>组成
    • 示例： 
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        <robot name="robot_name">
      <link>......</link>
      <link>......</link>
          
      <joint>......</joint>
      <joint>......</joint>
  </robot>
  • <link>
    • urdf 中的 link 标签用于描述机器人某个部件(也即刚体部分)的外观和物理属性，比如：机器人底座、轮子、激光雷达、摄像头…每一个部件都对应一个 link
    • 在 link 标签内，可以设计该部件的形状（shape）、尺寸（size）、颜色（color）、惯性矩阵（inertial matrix）、碰撞参数（collision properties）等一系列属性
    • 属性：
      • name（必需） – link的名字
    • 子标签：
      • <visual> – 描述机器人link部分的外观参数
        • <geometry>：可视化对象的形状
          • box：矩形
          • cylinder：圆柱体
          • sphere：球体
          • mesh：网格，纹理（更为复杂的模型）
        • <origin>：设置偏移量与倾斜弧度
        • <material>：可视化组件的材料
          • color：颜色
        • <texture>：材料属性（纹理）
      • <inertial>：描述link的惯性参数
        • <origin>：定义连杆质心坐标
        • <mass>：连杆的质量
        • <inertia>：惯性张量
      • <collision>：描述link的碰撞属性
        • <origin>：碰撞组件的参考坐标系相对于连杆坐标系的参考坐标系
        • <geometry>：与上述geometry元素描述相同
  • <joint>
    • urdf 中的 joint 标签用于描述机器人关节的运动学和动力学属性，还可以指定关节运动的安全极限，
    • 机器人的两个部件(分别称之为 parent link 与 child link)以”关节”的形式相连接，不同的关节有不同的运动形式:转、滑动、固定、旋转速度、旋转角度限制等等，
    • 比如：安装在底座上的轮子可以360度旋转，而摄像头则可能是完全固定在底座上
    • joint标签对应的数据在模型中是不可见的
    • 属性：
      • <name>（必需）：指定joint的名字（唯一的）
      • type（必需）：指定joint的类型，有下列几种：
        • continuous 旋转关节，可以绕单轴无限旋转
        • revolute 旋转关节，类似于 continues,但是有旋转角度限制
        • prismatic 滑动关节，可以沿着一个轴滑动，有最大值和最小值限制
        • planer 平面关节，允许在平面正交方向上平移或旋转
        • floating 浮动关节，允许进行平移、旋转运动
        • fixed 这不是一个实际的关节，因为它无法运动，所有的自由度都被锁定。这种类型的关节不需要指定轴、动力学特征、标度和最大值最小值限制
    • 子标签：
      • <parent>：parent link的名字是一个强制的属性，是这个link在机器人结构树中的名字。 可以理解为parent是主体，child是固定在主体上的配件
      • <child>：child link的名字，是这个link在机器人结构树中的名字
      • <origin>：从parent link到child link的变换，joint位于child link的原点
      • <calibration>：关节的参考位置，用来校准关节的绝对位置
        • rising：当joint正向运动时，参考点会触发一个上升沿
        • falling：当joint正向运动时，参考点会触发一个下降沿
      • <axis>：设置围绕哪个关节轴运动
      • <dynamics>：描述关节的物理属性，例如阻尼值、物理静摩擦力等，经常在动力学仿真中用到
        • damping：joint的阻尼值
        • friction：joint的摩擦力值
      • <limit>：描述运动的一些极限值，包括关节运动的上下限位置、速度限制、力矩限制等
        • lower：指定joint运动范围下界的属性，连续型的joint忽略该属性
        • upper：指定joint运动范围上界的属性，连续型的joint忽略该属性
        • effort：该属性指定了joint运行时的最大的力
        • velocity：该属性指定了joint运行时的最大的速度
      • <mimic>：指定该joint来模仿已存在的joint
        • joint：需要模仿的joint的名字
        • multiplier：指定上述公式中的乘数因子
        • offset：指定上述公式中的偏移项，默认值为0
      • <safety_controller>：描述安全控制器参数
        • soft_lower_limit：该属性指定了joint安全控制边界的下界，是joint安全控制的起始限制点，默认为0
        • soft_upper_limit：该属性指定了joint安全控制边界的上界，是joint安全控制的起始限制点，默认为0
        • k_position：本属性用于说明位置和速度之间的关系
        • k_velocity：本属性用于说明力和速度之间的关系