URDF文件

URDF（Universal Robot Description Format）：通用机器人描述格式，包含的内容有：连杆、关节，运动学和动力学参数、可视化模型、碰撞检测模型等。

父子关系树：连杆link1 --> 关节joint1 --> 连杆link2 --> 关节joint2 ·····

下一个连杆/关节的位置是相对上一个连杆/关节描述的，形成一个位姿关系链，比如改动关节joint1的位姿，则关节joint1后面的所有连杆和关节的位姿都随之改变。

一、连杆：描述具有惯性、视觉特征和碰撞特性的刚体。

连杆属性：名称

name (必选参数)：连杆的名称

连杆元素：

1、<inertial> (可选：默认为零质量和零惯性)：连杆的质量、重心位置及其相对于质心的惯性张量。

＜origin＞ (可选：默认为identity)：这个参数（平移、旋转）描述了连杆的质心坐标系C相对于连杆坐标系L的位置xyz和方向rpy。

xyz (可选：默认为零向量)：表示从Lo（连杆坐标系原点）到Co（连杆的质心）的位置向量x=L̂x + y L̂y + z L̂z，其中L̂x, L̂y, L̂z是连杆坐标系L的正交单位向量。

rpy (可选：默认为标识)：表示C的单位向量Ĉx, Ĉy, Ĉz相对于连杆坐标系L的方向，表示为以弧度为单位的欧拉旋转序列(rpy)。Ĉx, Ĉy, Ĉz不需要与连杆的主轴惯性对齐。

<mass>：连杆的质量kg

<inertia>：惯性张量（在连杆质心坐标系下表达）。

2、<visual>(可选参数)：连杆的视觉特征。指定对象(长方体、圆柱体等)的形状以便可视化。对于同一个连杆，可以存在多个<visual>标记的实例，他们定义的几何图形的并集作为连杆的视觉表示。

3、<collision> (可选)：连杆的碰撞特性。与连杆的视觉特征不一定是相同的，通常使用更简单的碰撞模型来减少计算时间。同一连杆可以存在多个＜collision＞标签实例，它们定义的几何图形的并集作为连杆的碰撞表示。

二、关节：joint，描述了关节的运动学和动力学，还指定了关节的安全极限。

关节属性：名称和类型

name (required)：指定关节的唯一名称

type (required)：指定运动类型，可以是以下类型之一：

revolute-沿轴旋转的铰链关节，即转动关节，具有由上限和下限指定的有限范围。
continuous-绕轴旋转的连续铰链关节，即转动关节，没有上限和下限。
prismatic-沿轴滑动的滑动关节，即平动关节，具有由上限和下限指定的有限范围。
fixed-这不是真正的关节，因为它不能移动。即固定关节，所有自由度都被锁定。这种类型的关节不需要＜axis＞、＜calibration＞、＜dynamics＞、＜limits＞或＜safety_controller＞参数。
floating-浮动关节，此关节允许所有6个自由度的运动。
planar-平面关节，该关节允许在垂直于轴线的平面内运动。

三、导出URDF文件：

1、添加基准轴

菜单栏：插入 --> 参考几何体 --> 基准轴

① 选择某个零件的边线/轴作为基准轴
② 选择两个相交平面的相交线作为基准轴
③ 选择两个点构成的直线作为基准轴
④ 选择圆柱/圆锥的中轴线作为基准轴
⑤ 选择点垂直于面的线作为基准轴
注：基准轴就是关节旋转/移动的参考轴线，建立的基准轴/坐标系等最好重新命名成全英文的名称

2、添加点

3、添加坐标系

提前在放置坐标系的地方添加一个点 --> 装配体 --> 参考几何体 --> 坐标系 --> 调整坐标轴的方向。

4、插件安装

下载插件：solidworks_urdf_exporter

Releases · ros/solidworks_urdf_exporter · GitHub

下载对应solidworks版本的exe文件，直接安装就可以了。

四、生成Link和Joint

1、打开插件

工具 --> Tools --> Export as URDF，或直接在右上角搜索框输入urdf。

2、设置连杆父子关系

base_link是整个机器人的根连杆，整个机器人的运动参考坐标系就建立在base_link上。输入与base_link相连的link的个数，下方会创建Empty_link，单击Empty_link对Empty_link进行设置，右键可以移除Empty_link或创建Child Link。根据机器人各连杆的运动关系建立连杆的父子关系树，并依次对每个link进行设置。

注意：

在点击Preview and Export之前，所有操作都不会保存。Link / Joint的名称可以由字母、下划线、数字组成，但是开头需要是英文字母。

关节类型Joint Type说明：

continuous：旋转关节，可以绕轴无限旋转，无位置限制；
revolute：旋转关节，可设定转动范围；
prismatic：滑动关节，可以沿某一轴线移动，有位置限制；
fixed：固定关节，不可运动；
planar：平面关节，允许在垂直于轴的平面内运动（3自由度：平移+旋转），想在哪个平面内运动就将垂直于该平面的轴设置为1。
floating：六自由度关节，可以沿着三轴平移、旋转。

3、设置连杆和关节参数

单击 Preview and Export --> 进入参数配置界面，配置好后 --> Next

注意：

弹出Exporter对话框前不要做任何操作，等待转化完成。如果转化终止，重新打开urdf插件，并单击Preview and Export。

（1）关节参数设置

在关节参数配置对话框可以重新设置之前的一些参数，确定关节类型和关节轴是否正确（包括方向，右手定则）。

Limit参数：lower和upper是以模型的初始姿态作度量的，且在continuous模式下设置Limit参数是无效的。
lower：关节运动范围的下限
upper：关节运动范围的上限
effort：最大关节力/力矩
velocity：最大速度
转动关节单位为：rad、N/m、rad/s
移动关节单位为：m、N、m/s
Axis参数：插件会把某些轴定义成-1，如果自定义的坐标系没有问题的话，需要改成1，否则转动或移动的方向会与你定义的方向相反。

（2）连杆参数设置

Next --> 设置好连杆参数后 --> Export URDF and Meshes... --> 保存

注意：

1、保存时不要修改名称，采用默认的，不然会因为找不到文件保错。
2、urdf文件配置好后会随模型文件一起保存着，可以随时修改导出。
3、RGBA 即红色、绿色、蓝色、透明度（英语：Red, Green, Blue、Alpha）。
红色(R)：取值0 到 1 之间，代表颜色中的红色成分。
绿色(G)：取值0 到 1 之间，代表颜色中的绿色成分。
蓝色(B)：取值0 到 1 之间，代表颜色中的蓝色成分。
透明度(A)：取值 0~1 之间，代表透明度。

4、验证URDF文件

Ubuntu18.04：在终端

直接在存放.urdf文件的文件夹右键打开终端或cd到存放.urdf文件的文件夹：cd /mnt/hgfs/虚拟机/PaddleRobotics-main/QuadrupedalRobots/ETGRL/MMF/BigCat/urdf

在终端输入命令：

安装插件：
sudo apt-get install liburdfdom-tools
sudo apt install graphviz
语法检查：
check_urdf BigCat.urdf
结构查看、图形化显示URDF模型：
urdf_to_graphiz BigCat.urdf  # 会生成.gv和.pdf文件，打开pdf文件

5、MATLAB可视化

robot=importrobot("RM65-B-3.urdf")
show(robot);

6、RVIZ可视化

安装roslaunch：sudo apt install python-roslaunch

在 launch 文件中集成 URDF 与 Rviz

用ubuntu默认的编辑器gedit创建一个launch文件：gedit panda5.launch

启动launch文件：roslaunch jubot_demo display_jubot_base_urdf.launch

roslaunch panda5 panda5.launch

启动rviz：rviz

一个urdf可视化网站：https://mymodelrobot.appspot.com/5629499534213120

?xml 这里是申明文件类型，这申明的是XML文件；version="1.0"定义XML文件类型的版本，encoding="UTF-8" 定义XML文件的语言编码。

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<!-- This URDF was automatically created by SolidWorks to URDF Exporter! Originally created by Stephen Brawner (brawner@gmail.com)Commit Version: 1.6.0-4-g7f85cfe  Build Version: 1.6.7995.38578For more information, please see http://wiki.ros.org/sw_urdf_exporter -->

在最顶层“robot”元素中、“link”对象之外指定材质元素，然后在连杆中按名称引用材质。

<robotname="RM65-B-3"><linkname="base_link"><inertial><originxyz="-3.32860491769144E-05 0.0605056293060711 -0.000429298636761367"rpy="0 0 0" /><massvalue="0.847617283552053" /><inertiaixx="0.00174804822368135"ixy="1.68361305215697E-06"ixz="2.50097399709207E-06"iyy="0.000909998560984007"iyz="-3.68773281686804E-05"izz="0.00176435875694909" /></inertial><visual><originxyz="0 0 0"rpy="0 0 0" /><geometry><meshfilename="package://RM65-B-3/meshes/base_link.STL" /></geometry><materialname=""><colorrgba="1 1 1 1" /></material></visual><collision><originxyz="0 0 0"rpy="0 0 0" /><geometry><meshfilename="package://RM65-B-3/meshes/base_link.STL" /></geometry></collision></link><linkname="shoulder_3_1_link"><inertial><originxyz="-0.021048 0.06982 0.0015711"rpy="0 0 0" /><massvalue="0.59292" /><inertiaixx="0.0011733"ixy="0.00020649"ixz="6.0734E-06"iyy="0.00056101"iyz="-1.5445E-05"izz="0.0012567" /></inertial><visual><originxyz="0 0 0"rpy="0 0 0" /><geometry><meshfilename="package://RM65-B-3/meshes/shoulder_3_1_link.STL" /></geometry><materialname=""><colorrgba="1 1 1 1" /></material></visual><collision><originxyz="0 0 0"rpy="0 0 0" /><geometry><meshfilename="package://RM65-B-3/meshes/shoulder_3_1_link.STL" /></geometry></collision></link><jointname="shoulder_3_1_joint"type="revolute"><originxyz="0 0.1455 0"rpy="0 0 0" /><parentlink="base_link" /><childlink="shoulder_3_1_link" /><axisxyz="0 -1 0" /><limitlower="-3.14"upper="3.14"effort="0"velocity="0" /></joint><linkname="shoulder_3_2_link"><inertial><originxyz="0.0021142 0.073057 -0.010762"rpy="0 0 0" /><massvalue="0.45055" /><inertiaixx="0.0013248"ixy="0.00030275"ixz="-4.0729E-05"iyy="0.00034715"iyz="0.00012469"izz="0.0013513" /></inertial><visual><originxyz="0 0 0"rpy="0 0 0" /><geometry><meshfilename="package://RM65-B-3/meshes/shoulder_3_2_link.STL" /></geometry><materialname=""><colorrgba="1 1 1 1" /></material></visual><collision><originxyz="0 0 0"rpy="0 0 0" /><geometry><meshfilename="package://RM65-B-3/meshes/shoulder_3_2_link.STL" /></geometry></collision></link><jointname="shoulder_3_2_joint"type="revolute"><originxyz="0.0082134 0.094696 -0.00060499"rpy="0 0 0" /><parentlink="shoulder_3_1_link" /><childlink="shoulder_3_2_link" /><axisxyz="0.99725 0 -0.074088" /><limitlower="-2.26"upper="2.26"effort="0"velocity="0" /></joint><linkname="elbow_3_1_link"><inertial><originxyz="0.021592 0.067858 -0.010316"rpy="0 0 0" /><massvalue="0.44998" /><inertiaixx="0.00080054"ixy="-0.00014403"ixz="2.2628E-05"iyy="0.0003489"iyz="7.9099E-05"izz="0.00085949" /></inertial><visual><originxyz="0 0 0"rpy="0 0 0" /><geometry><meshfilename="package://RM65-B-3/meshes/elbow_3_1_link.STL" /></geometry><materialname=""><colorrgba="1 1 1 1" /></material></visual><collision><originxyz="0 0 0"rpy="0 0 0" /><geometry><meshfilename="package://RM65-B-3/meshes/elbow_3_1_link.STL" /></geometry></collision></link><jointname="elbow_3_1_joint"type="revolute"><originxyz="-0.010208 0.15737 -0.021997"rpy="0 0 0" /><parentlink="shoulder_3_2_link" /><childlink="elbow_3_1_link" /><axisxyz="-0.010885 0.98976 -0.14229" /><limitlower="-2.35"upper="2.35"effort="0"velocity="0" /></joint><linkname="elbow_3_2_link"><inertial><originxyz="-0.0040394 0.058762 0.0093249"rpy="0 0 0" /><massvalue="0.27546" /><inertiaixx="0.00055693"ixy="-0.00013414"ixz="-2.0423E-05"iyy="0.00015836"iyz="-6.2401E-05"izz="0.00057079" /></inertial><visual><originxyz="0 0 0"rpy="0 0 0" /><geometry><meshfilename="package://RM65-B-3/meshes/elbow_3_2_link.STL" /></geometry><materialname=""><colorrgba="1 1 1 1" /></material></visual><collision><originxyz="0 0 0"rpy="0 0 0" /><geometry><meshfilename="package://RM65-B-3/meshes/elbow_3_2_link.STL" /></geometry></collision></link><jointname="elbow_3_2_joint"type="revolute"><originxyz="-0.0075547 0.09573 -0.013549"rpy="0 0 0" /><parentlink="elbow_3_1_link" /><childlink="elbow_3_2_link" /><axisxyz="0.99959 0.0070053 -0.027737" /><limitlower="-3.14"upper="3.14"effort="0"velocity="0" /></joint><linkname="wrist_3_1_link"><inertial><originxyz="-0.01883 0.054906 0.0075269"rpy="0 0 0" /><massvalue="0.23223" /><inertiaixx="0.00024711"ixy="4.2585E-05"ixz="5.4744E-06"iyy="0.00011652"iyz="-2.1292E-05"izz="0.00026486" /></inertial><visual><originxyz="0 0 0"rpy="0 0 0" /><geometry><meshfilename="package://RM65-B-3/meshes/wrist_3_1_link.STL" /></geometry><materialname=""><colorrgba="1 1 1 1" /></material></visual><collision><originxyz="0 0 0"rpy="0 0 0" /><geometry><meshfilename="package://RM65-B-3/meshes/wrist_3_1_link.STL" /></geometry></collision></link><jointname="wrist_3_1_joint"type="revolute"><originxyz="0.0064042 0.13143 0.020439"rpy="0 0 0" /><parentlink="elbow_3_2_link" /><childlink="wrist_3_1_link" /><axisxyz="-0.0026287 0.9879 0.15508" /><limitlower="-2.23"upper="2.23"effort="0"velocity="0" /></joint><linkname="wrist_3_2_link"><inertial><originxyz="-0.0010975 0.056649 0.019782"rpy="0 0 0" /><massvalue="0.20572" /><inertiaixx="0.00028608"ixy="7.0133E-05"ixz="2.3408E-05"iyy="0.00012022"iyz="-6.0294E-05"izz="0.00028501" /></inertial><visual><originxyz="0 0 0"rpy="0 0 0" /><geometry><meshfilename="package://RM65-B-3/meshes/wrist_3_2_link.STL" /></geometry><materialname=""><colorrgba="1 1 1 1" /></material></visual><collision><originxyz="0 0 0"rpy="0 0 0" /><geometry><meshfilename="package://RM65-B-3/meshes/wrist_3_2_link.STL" /></geometry></collision></link><jointname="wrist_3_2_joint"type="revolute"><originxyz="0.006887 0.075529 0.012271"rpy="0 0 0" /><parentlink="wrist_3_1_link" /><childlink="wrist_3_2_link" /><axisxyz="-0.99833 0.0063528 -0.057393" /><limitlower="-6.28"upper="6.28"effort="0"velocity="0" /></joint>
</robot>