机器人系统——ROS2文档(进阶)—URDF-构建可移动机器人模型

目标： 学习如何在 URDF 中定义可移动关节。
教程级别： 中级
时间： 10 分钟

在本教程中，我们将修改在上一个教程中制作的 R2D2 模型，使其具有可移动关节。在之前的模型中，所有关节都是固定的。现在我们将探索其他三种重要的关节类型：continuous（连续旋转）、revolute（旋转）和 prismatic（棱柱/平移）。

在继续之前，请确保您已安装所有先决条件。有关所需内容的信息，请参见上一个教程。

同样，本教程中提到的所有机器人模型都可以在 urdf_tutorial 包中找到。

这是带有可移动关节的新 urdf。您可以将其与之前的版本进行比较以查看所有更改，但我们只关注三个示例关节。

要可视化和控制此模型，请运行与上一个教程相同的命令：

ros2 launch urdf_tutorial display.launch.py model:=urdf/06-flexible.urdf

但现在这还会弹出一个 GUI，允许您控制所有非固定关节的值。操作一下模型，看看它是如何移动的。然后，我们可以看看是如何实现这一点的。

头部

<joint name="head_swivel" type="continuous">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="head"/>
    <axis xyz="0 0 1"/>
    <origin xyz="0 0 0.3"/>
</joint>

身体和头部之间的连接是一个 continuous 关节，这意味着它可以取从负无穷到正无穷的任何角度。轮子也以这种方式建模，因此它们可以无限地向两个方向滚动。

我们唯一需要添加的额外信息是旋转轴，这里由一个 xyz 三元组指定，它指定了头部将围绕其旋转的向量。由于我们希望它绕 z 轴旋转，我们指定向量 "0 0 1"。

夹爪

<joint name="left_gripper_joint" type="revolute">
    <axis xyz="0 0 1"/>
    <limit effort="1000.0" lower="0.0" upper="0.548" velocity="0.5"/>
    <origin rpy="0 0 0" xyz="0.2 0.01 0"/>
    <parent link="gripper_pole"/>
    <child link="left_gripper"/>
</joint>

左右夹爪关节都被建模为 revolute 关节。这意味着它们以与 continuous 关节相同的方式旋转，但它们有严格的限制。因此，我们必须包含 limit 标签，指定关节的上限和下限（以弧度为单位）。我们还必须为此关节指定最大速度和力，但实际值对于我们的目的来说并不重要。

夹爪臂

<joint name="gripper_extension" type="prismatic">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="gripper_pole"/>
    <limit effort="1000.0" lower="-0.38" upper="0" velocity="0.5"/>
    <origin rpy="0 0 0" xyz="0.19 0 0.2"/>
</joint>

夹爪臂是一种不同类型的关节，即 prismatic 关节。这意味着它沿轴移动，而不是绕轴旋转。这种平移运动使我们的机器人模型能够伸出和收回其夹爪臂。

prismatic 关节的限制与 revolute 关节的指定方式相同，只是单位是米而不是弧度。

其他类型的关节

还有两种其他类型的关节可以在空间中移动。prismatic 关节只能沿一个维度移动，而 planar 关节可以在一个平面内移动，即两个维度。此外，floating 关节不受约束，可以在三个维度中的任何一个移动。这些关节不能仅由一个数字指定，因此不包含在本教程中。

指定位姿

当您在 GUI 中移动滑块时，模型会在 Rviz 中移动。这是如何实现的？首先，GUI 解析 URDF 并找到所有非固定关节及其限制。然后，它使用滑块的值发布 sensor_msgs/msg/JointState 消息。然后 robot_state_publisher 使用这些消息来计算不同部件之间的所有变换。由此产生的变换树随后用于在 Rviz 中显示所有形状。

后续步骤

既然您有了一个视觉上功能正常的模型，您可以添加一些物理属性，或者开始使用 xacro 来简化您的代码。