ROS中3D机器人建模(一)
一,机器人建模的ROS软件包
*urdf : 机器人建模最重要的ros软件包是urdf软件包。这个软件包包含一个用于统一机器人描述格式(URDF)的C++解析器,它是一个表示机器人模型的XML文件,还有一些其他不同的组件来组成urdf:
*urdf_parser_plugin : 这个软件包实现了写入URDF数据结构的方法:
*urdfdom_headers : 此组件提供了使用urdf解析器的核心数据结构头文件:
*collada_parser : 这个软件包通过解析Collada文件来填充数据结构:
*urdfdom : 此组件通过解析URDF文件来填充数据结构:
*collada-dom : 这是一个独立组件,可以使用Maya,Blender和Softtimage等3D计算机图形软件对Collada文档进行转换。
我们可以使用URD来定义机器人模型,传感器和工作环境,使用URDF解析器对其进行解析。我们只能使用URDF描述一个类似树状连杆结构机器人,也就是说,机器人会有刚性连杆,并通过关节连接,我们无法用URDF表达柔性连杆。
URDF由特殊的XML标签构成,我们可以使用解析器程序解析这些XML标签以进一步处理。
*joint_state_publisher : 在使用URDF设计机器人模型时,该软件非常有用。这个软件包包含一个名为joint_state_publisher的节点,该节点读取机器人模型描述,查找所有关节,并利用GUI滑动条将关节值向所有非固定关节发布。
*kdl_parser : 运动学和运动学库(Kinematic and Dynamics,KDL)是一个ROS软件包,它包含解析器工具,可以从URDF表示中构建KDL树,运动学树可以用来发布关节的状态,也可以用来表示机器人的正/逆运动学。
*robot_state_publisher : 该软件包可以读取当前机器人的关节状态,并发布由URDF构建的运动学树中每个机器人连杆的3D姿态。
*xacro : Xacro是XML Macro 的缩写,xacro可理解为URDF加上若干插件。xacro包含一些插件,让URDF变得更简短。可读性更好,并且可以用于构建复杂的机器人描述,利用ROS相应的工具,可以在需要的时候将xacro转换成URDF。
二,利用URDF理解机器人建模
我们已经讨论了urdf软件包,将进一步研究URDF XML标签,它有助于机器人建模,我们必须创建一个文件,并编写机器人的每个连杆和关节之间的连接关系,并用.urdf扩展名保存文件。
下面是组成URDF机器人模型常用的URDF标签:
*link : link标签表示机器人的单个连杆。使用此标签,我们可以为机器人的一个连杆及其属性建模。该模型包括大小、形状和颜色,甚至可以导入一个3D网络来表示机器人的连杆。我们还可以提供连杆的动态属性,如惯性属性和碰撞属性。
语法如下:
<link name ="<name of the link>">
<inertial>......</inertial>
<visual> ......</visual>
<collision> ......</collision>
</link>
*joint : joint标签表示机器人关节。我们可以指定关节的运动学和动力学,并设定关节运动和速度的极限。
joint标签支持不同类型的关节,如旋转关节(revolute),无限位旋转关节(continuous),滑动关节(prismatic),固定关节(fixed),浮动关节(floating)和平面关节(planar).
语法如下:
<joint name = "<name of the joint>">
<parent link="link1"/>
<child link="link2"/>
<calibration .... />
<dynamics damping .... />
<limit effort .... />
</joint>
在两个连杆之间会形成一个URDF关节。第一个被称为父连杆(parent),第二个被称为子连杆(child).
*robot : 这个标签封装了用URDF表示的整个机器人模型。在robot标签内,我们可以定义机器人的名字、各个连杆,以及机器人的各个关节。
语法如下:
<robot name= "<name of the robot>"
<link> .... </link>
<link> .... </link>
<joint> .... </joint>
<joint> .... </joint>
</robot>
*gazebo : 当我们在URDF中包含Gazebo仿真器的仿真参数时,使用这个标签。我们可以用这个标签包含gazebo插件、gazebo材料属性等。
以下是一个使用gazebo标签的例子:
<gazebo reference="link_1">
<material>Gazebo/Black</material>
</gazebo>
三,为机器人创建ROS软件包
为机器人创建URDF文件之前,让我们在catkin_ws的工作空间src目录下创建一个ROS软件包来保存机器人模型:
$ catkin_create_pkg mastering_ros_robot_description_pkg roscpp tf geometry_msgs urdf rviz xacro
该软件包主要依赖于urdf和xacro软件包
而我是直接从git库中下载的完整的软件包
$ git clone https://github.com/jocacace/mastering_ros_robot_description_pkg.git
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