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Ros通过Solidworks转换成URDF机器人描述文件

2017-05-25 16:18 453 查看

URDF文件，是ROS系统中的，一种机器人的描述文件。全称：Unified Robot Description Format

[align=left]它以HTML的形式定义一个机器人。包含的内容有：连杆、关节名称，运动学参数、动力学参数、可视化模型、碰撞检测模型等。[/align]

[align=left]那么，如何建立URDF文件呢？[/align]

[align=left]一）初级篇[/align]

[align=left]ROS目前提供了solidworks转URDF的插件，叫做sw_urdf_exporter[/align]

[align=left]可以从我们的附件中下载[/align]

[align=left]当然，你的源文件现在在Pro-E中，这个问题不大，可以用IGS或者STEP等格式转换成SolidWorks可以打开的格式（装配体的相对位置还在，但装配关系会丢掉）。之后就可以继续操作了。[/align]

[align=left]这个真的简单易用，你安装好SolidWorks后，再安装这个插件，重新打开SW，你就会发现里面多了一个叫做SW2URDF的插件，勾选启用之。[/align]

[align=left]如上图操作之后就可以进入这个插件的界面：[/align]

[align=left]如上图所示，你可以设置每个连杆、关节名称、对应的模型文件、属性、旋转轴、参考坐标系（可以采用自己预先定义的坐标系，也可以自动生成）等。[/align]

[align=left]当你设置好所有连杆后，点击Preview and Export，便会自动生成各坐标轴（如果没有自己预先指定的话）[/align]

[align=left]之后会弹出让你具体设置连杆与关节参数的界面：[/align]

[align=left]结束之后，便会生成一个package，包含launch文件，每个连杆STL文件，URDF文件，纹理（没用过）。[/align]

[align=left]这个package是可以直接在ROS中运行的。效果如图：[/align]

[align=left]（我好像少设置了一个关节）[/align]

[align=left]二）进阶篇/强迫症篇[/align]

[align=left]上面初级篇可能存在几个问题：[/align]

模型无纹理（只能指定整个零件颜色，零件无纹理）
在双臂机器人（树状结构）上经常出错
不能用于并机器人（闭链结构）
可视化模型与碰撞模型相同
容易引入不必要的误差（参数完全不符合设计参数，pi的引入等）

所以，进阶篇简单说说怎么自己写一个一看就很厉害的URDF。

首先，要了解URDF文件的书写格式：

以上几个是我平时会用到的URDF内容。其实很简单，只需要按照html的tag来写每部分的内容即可。包括相应模型文件的位置等。

之后就可以开始动手写了。这个难度不大，我就直接说如何解决上面提到的几个问题吧：
模型无纹理（只能指定整个零件颜色，零件无纹理）

ROS的URDF目前只支持两种格式的模型文件，STL与DAE。我们都知道，STL文件只记录了文件的三维坐标信息，没有纹理信息。DAE则是另一种xml格式的模型文件，可以包含文件的纹理等信息。所以我们的关注点就在于如何从SolidWorks等3D建模软件中导出纹理的dae文件。

我尝试过无数种方法后，最终确定的一条有效方法如下：

在双臂机器人（树状结构）上经常出错

自己写就好了，但是对于多臂机器人，如果每条臂构型一样的话，可以考虑采用xacro格式来写，这样可以大大减少工作量。

例如，我写的这个SDA5F机器人的模型文件，两条臂采用的是同一个xacro文件。

不能用于并机器人（闭链结构）

将闭链的其中一个关节描述成mimic_joint，转换成串联或树状结构。
可视化模型与碰撞模型相同

URDF可以单独指定可视化模型与碰撞模型。我们正好对两者有不同的需求：

可视化模型：尽量精细、漂亮，最好与实际机器人尺寸相同；

碰撞模型：尽量精简、可以适当大于机器人尺寸。

所以，在自己写URDF的时候可以充分利用这一特性。

容易引入不必要的误差（参数完全不符合设计参数，pi的引入等）

因为在写URDF的时候，我们需要指定不同连杆之间的初始相对位置。如果两者的坐标系存在姿态偏差的话，我们就会引入弧度值，尤其是无理数3.141592654的引入。

这时候有两种做法：

a) 在blender中将所有连杆的坐标系设置成同向（所有关节0°时），这样你在URDF中装配的时候就没有pi了；

b) 采用xacro可参数化的特点，定义一个常数变量pi=3.14159265359（甚至更高精度都可以），这样既精简又可靠。

最后，秀一波我做的SDA5F模型：

http://www.mezbw.com/article-1309-1.html

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