[ROS] URDF 模型，关节类型（Joint）

[ROS] URDF 模型，关节类型（joint）文章目录[ROS] URDF 模型，关节类型（joint）1. Fixed Joint（固定关节）1. 创建一个 link1，box 形状，尺寸（0.1， 0.2， 0.3）2. 创建一个link2，box 形状，尺寸（0.05，0.1，0.6）1. 完整模型代码：joint_fixed.urdf2. 更新后的 display.launch 文件2

飞天牛牛

11567人浏览 · 2020-12-11 22:32:05

飞天牛牛 · 2020-12-11 22:32:05 发布

[ROS] URDF 模型，关节类型（joint）

文章目录

[ROS] URDF 模型，关节类型（joint）

1. Fixed Joint（固定关节）

1. 创建一个 link1，box 形状，尺寸（0.1， 0.2， 0.3）

<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
<robot name="box">

    <!-- link1 -->
    <link name="link1">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"></origin>
            <geometry>
                <box size="0.1 0.2 0.3" />
            </geometry>
            <material name="green">
                <color rgba="0 1.0 0 0.8"></color>
            </material>
        </visual>
    </link>
</robot>

默认的世界坐标系原点坐标（0，0，0）

<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"></origin> 表示 link1_box 的坐标系重合，并且无偏转

显示结果

此时 link1_box 中心（也就是自身坐标系的原点）与世界坐标系原点重合

要使物体底面与世界坐标系 z=0 平面重合，将自身坐标系重新设为（相对于世界坐标系）<origin xyz="0 0 0.15" rpy="0 0 0"></origin>

因为 link1_box 的高度是 0.3，所以需要提升 0.15 个单位

显示结果

2. 创建一个link2，box 形状，尺寸（0.05，0.1，0.6）

通过 joint 关节连接 link1

1. 完整模型代码：joint_fixed.urdf

<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
<robot name="box">

    <!-- link1 -->
    <link name="link1">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0.15" rpy="0 0 0"></origin>
<!--            <origin xyz="0 0 0.25" rpy="0 0 0"></origin>-->
            <geometry>
                <box size="0.1 0.2 0.3" />
            </geometry>
            <material name="green">
                <color rgba="0 1.0 0 0.8"></color>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <!-- link2 -->
    <link name="link2">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0.3" rpy="0 0 0"></origin>
            <geometry>
                <box size="0.05 0.1 0.6" />
            </geometry>
            <material name="red">
                <color rgba="1.0 0 0 0.8"></color>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <joint name="joint1" type="fixed">
        <origin xyz="0 0 0.3" rpy="0 0 0"></origin>
        <parent link="link1" />
        <child link="link2"/>
    </joint>

</robot>

link1 是父连杆，他的几何中心相对于世界坐标系（+z 0.15）

link2 是自连杆，他的几何中心相对于世界坐标系（+z 0.3）

joint 连接父连杆 link1，子连杆 link2，它的位置相对于世界坐标系（+z 0.3），也就是 link1 的上表面，link2 的下表面

显示图像

子连杆指向父连杆

TF（transformation frames，转换框架）中每一个link的坐标系轴

世界坐标系轴

提问：为什么 TF 的 linkX 坐标系在那个位置，见截图，同时 Position 中的指无法在 rviz gui 中修改。
补充：orientation 的意思是姿态，用四元数表示（x，y，z，w）。

2. 更新后的 display.launch 文件

<launch>

    <arg name="model" default="helloworld.urdf" />

    <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro -i $(find demo_urdf)/urdf/$(arg model)"></param>

    <node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find demo_urdf)/rviz/demo01.rviz"></node>
    <node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" />
    <node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" />

</launch>

添加了两个启动节点：

joint_state_publisher：This package contains a tool for setting and publishing joint state values for a given URDF.

robot_state_publisher：This package allows you to publish the state of a robot to tf2. Once the state gets published, it is available to all components in the system that also use tf2.

2. Revolute Joint（旋转连杆）

1. 完整模型代码：joint_revolute.urdf

<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
<robot name="box">

    <!-- link1 -->
    <link name="link1">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0.15" rpy="0 0 0"></origin>
<!--            <origin xyz="0 0 0.25" rpy="0 0 0"></origin>-->
            <geometry>
                <box size="0.1 0.2 0.3" />
            </geometry>
            <material name="green">
                <color rgba="0 1.0 0 0.8"></color>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <!-- link2 -->
    <link name="link2">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0.3" rpy="0 0 0"></origin>
            <geometry>
                <box size="0.05 0.1 0.6" />
            </geometry>
            <material name="red">
                <color rgba="1.0 0 0 0.8"></color>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <joint name="joint1" type="revolute">
        <origin xyz="0 0 0.3" rpy="0 0 0"></origin>
        <parent link="link1" />
        <child link="link2"/>
        <limit effort="30" velocity="1.0" lower="-1.57" upper="1.57" />
    </joint>

</robot>

显示结果

在这里插入图片描述

2. 修改 .launch 文件，添加 use_gui 选项

<launch>

    <arg name="model" default="helloworld.urdf" />

    <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro -i $(find demo_urdf)/urdf/$(arg model)"></param>
<!--    <param name="use_gui" value="true"></param>-->

    <node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find demo_urdf)/rviz/demo01.rviz"></node>
<!--    <node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" />-->
    <node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" />
    <node name="joint_state_publisher_gui" pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" />

</launch>

可以不需要 <param name="use_gui" value="true"></param>

但是必须修改 joint_state_publisher 成 joint_state_publisher_gui，参考问题解决3

3. 沿轴转动

通过 axis 参数控制转动方向，完整 .launch 文件如下

<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
<robot name="box">

    <!-- link1 -->
    <link name="link1">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0.15" rpy="0 0 0"></origin>
<!--            <origin xyz="0 0 0.25" rpy="0 0 0"></origin>-->
            <geometry>
                <box size="0.1 0.2 0.3" />
            </geometry>
            <material name="green">
                <color rgba="0 1.0 0 0.8"></color>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <!-- link2 -->
    <link name="link2">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0.3" rpy="0 0 0"></origin>
            <geometry>
                <box size="0.05 0.1 0.6" />
            </geometry>
            <material name="red">
                <color rgba="1.0 0 0 0.8"></color>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <joint name="joint1" type="revolute">
        <origin xyz="0 0 0.3" rpy="0 0 0"></origin>
        <parent link="link1" />
        <child link="link2"/>
        
        <!-- revolute around x-axis -->
        <axis xyz="1 0 0" />    
        <!-- revolute around y-axis -->
        <axis xyz="0 1 0" />
        <!-- revolute around z-axis -->
        <axis xyz="0 0 1" />
        <!-- revolute around x+y+z-axis -->
        <axis xyz="1 1 1" />
        
        <limit effort="30" velocity="1.0" lower="-1.57" upper="1.57" />
    </joint>

</robot>

4. 无限制转动

转动时没有角度限制，可以绕任意轴转动到任意角度

<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
<robot name="box">

    <!-- link1 -->
    <link name="link1">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0.15" rpy="0 0 0"></origin>
<!--            <origin xyz="0 0 0.25" rpy="0 0 0"></origin>-->
            <geometry>
                <box size="0.1 0.2 0.3" />
            </geometry>
            <material name="green">
                <color rgba="0 1.0 0 0.8"></color>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <!-- link2 -->
    <link name="link2">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0.3" rpy="0 0 0"></origin>
            <geometry>
                <box size="0.05 0.1 0.6" />
            </geometry>
            <material name="red">
                <color rgba="1.0 0 0 0.8"></color>
            </material>
        </visual>
    </link>
    
        <joint name="joint1" type="continuous">
            <origin xyz="0 0 0.3" rpy="0 0 0"></origin>
            <parent link="link1" />
            <child link="link2"/>

            <!-- revolute around x-axis -->
            <axis xyz="1 0 0" />    
            <!-- revolute around y-axis -->
            <!--        <axis xyz="0 1 0" />-->
            <!-- revolute around z-axis -->
            <!--        <axis xyz="0 0 1" />-->
            <!-- revolute around x+y+z-axis -->
            <!--        <axis xyz="1 1 1" />-->
        </joint>

</robot>

5. 平移

平移操作必须要设定 limit 属性

<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
<robot name="box">

    <!-- link1 -->
    <link name="link1">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0.15" rpy="0 0 0"></origin>
<!--            <origin xyz="0 0 0.25" rpy="0 0 0"></origin>-->
            <geometry>
                <box size="0.1 0.2 0.3" />
            </geometry>
            <material name="green">
                <color rgba="0 1.0 0 0.8"></color>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <!-- link2 -->
    <link name="link2">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0.3" rpy="0 0 0"></origin>
            <geometry>
                <box size="0.05 0.1 0.6" />
            </geometry>
            <material name="red">
                <color rgba="1.0 0 0 0.8"></color>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <joint name="joint1" type="prismatic">
        <origin xyz="0 0 0.3" rpy="0 0 0"></origin>
        <parent link="link1" />
        <child link="link2"/>

        <!-- revolute around x-axis -->
        <axis xyz="1 0 0" />
        <!-- revolute around y-axis -->
        <!--        <axis xyz="0 1 0" />-->
        <!-- revolute around z-axis -->
        <!--        <axis xyz="0 0 1" />-->
        <!-- revolute around x+y+z-axis -->
        <!--        <axis xyz="1 1 1" />-->
        <limit effort="30" velocity="1.0" lower="-3" upper="3" />
    </joint>

</robot>

可以设定沿轴平移

lower：移动距离的一个极值

upper：移动距离的另一个极值

6. 案例 1，ABB Scara

1. ABB Scara 机器臂简介

在这里插入图片描述

自由度：2R1P，一共3个自由度。

2. 底座 + 连杆实现

代码实现

<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
<robot name="box">

    <!-- link1 -->
    <link name="link1">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0.15" rpy="0 0 0"></origin>
            <geometry>
                <box size="0.1 0.2 0.3" />
            </geometry>
            <material name="green">
                <color rgba="0 1.0 0 0.8"></color>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <!-- link2 -->
    <link name="link2">
        <visual>
            <origin xyz="0 0.2 0.02" rpy="0 0 0"></origin>
            <geometry>
                <box size="0.1 0.6 0.04" />
            </geometry>
            <material name="red">
                <color rgba="1.0 0 0 0.8"></color>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <joint name="joint1" type="revolute">
        <origin xyz="0 0 0.3" rpy="0 0 0"></origin>
        <parent link="link1" />
        <child link="link2"/>
        <!-- revolute around z-axis -->
        <axis xyz="0 0 1" />
        <limit effort="30" velocity="1.0" lower="-1.57" upper="1.57" />
    </joint>

</robot>

link2 的坐标系是建立在 link1 坐标系上的，link2 坐标系依赖于 link1 坐标系，link1 坐标系依赖于世界坐标系

每一个link 的 origin 的数值表示的是此坐标系相对于其依赖的坐标系向着对应的方向正向或负向移动，比如，link2 的 origin 表示其坐标系相对于 link1 的坐标系向着 y 轴以及 z 轴的正向移动了 0.2 个距离

joint1 关节的位置

显示效果

7. 案例 2，ABB Scara

注：每一个 urdf 模型只能有一共 base link，其他的 link 必须直接或间接的与 base link 通过关节相连接。不然会报错，错误如下：failed to find root link

1. 连杆 + 工作部实现

代码实现

<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
<robot name="box">

    <!-- link1 -->
    <link name="link1">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0.15" rpy="0 0 0"></origin>
            <geometry>
                <box size="0.1 0.2 0.3" />
            </geometry>
            <material name="green">
                <color rgba="0 1.0 0 0.8"></color>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <!-- link2 -->
    <link name="link2">
        <visual>
            <origin xyz="0 0.2 0.02" rpy="0 0 0"></origin>
            <geometry>
                <box size="0.1 0.6 0.04" />
            </geometry>
            <material name="red">
                <color rgba="1.0 0 0 0.8"></color>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <joint name="joint1" type="revolute">
        <origin xyz="0 0 0.3" rpy="0 0 0"></origin>
        <parent link="link1" />
        <child link="link2"/>

        <!-- revolute around z-axis -->
        <axis xyz="0 0 1" />

        <limit effort="30" velocity="1.0" lower="-1.57" upper="1.57" />
    </joint>

    <link name="link3">
        <visual>
            <origin xyz="0 0.1 0.1" rpy="0 0 0"></origin>
            <geometry>
                <box size="0.1 0.4 0.2" />
            </geometry>
            <material name="blue">
                <color rgba="0 0 1.0 0.8"></color>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <joint name="joint2" type="revolute">
        <origin xyz="0 0.4 0.04" rpy="0 0 0"></origin>
        <parent link="link2" />
        <child link="link3"/>

        <!-- revolute around z-axis -->
        <axis xyz="0 0 1" />
        <limit effort="30" velocity="1.0" lower="-1.57" upper="1.57" />
    </joint>

</robot>

通过 joint2 的 origin 可以再次确定，joint2 的坐标是以 parent link 为参照系的。此时的 parent link 是连杆，所以为了到达连杆的上表面，joint2 的坐标系需要向 parent link z 轴的正向移动 0.04 个单位。

显示效果

8. 案例 3，ABB Scara

1. 工作部 + 伸缩柱实现

代码实现

<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
<robot name="box">

    <!-- link1 -->
    <link name="link1">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0.15" rpy="0 0 0"></origin>
            <geometry>
                <box size="0.1 0.2 0.3" />
            </geometry>
            <material name="green">
                <color rgba="0 1.0 0 0.8"></color>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <!-- link2 -->
    <link name="link2">
        <visual>
            <origin xyz="0 0.2 0.02" rpy="0 0 0"></origin>
            <geometry>
                <box size="0.1 0.6 0.04" />
            </geometry>
            <material name="red">
                <color rgba="1.0 0 0 0.8"></color>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <joint name="joint1" type="revolute">
        <origin xyz="0 0 0.3" rpy="0 0 0"></origin>
        <parent link="link1" />
        <child link="link2"/>

        <!-- revolute around z-axis -->
        <axis xyz="0 0 1" />

        <limit effort="30" velocity="1.0" lower="-1.57" upper="1.57" />
    </joint>

    <link name="link3">
        <visual>
            <origin xyz="0 0.1 0.1" rpy="0 0 0"></origin>
            <geometry>
                <box size="0.1 0.4 0.2" />
            </geometry>
            <material name="blue">
                <color rgba="0 0 1.0 0.8"></color>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <joint name="joint2" type="revolute">
        <origin xyz="0 0.4 0.04" rpy="0 0 0"></origin>
        <parent link="link2" />
        <child link="link3"/>

        <!-- revolute around z-axis -->
        <axis xyz="0 0 1" />

        <limit effort="30" velocity="1.0" lower="-1.57" upper="1.57" />
    </joint>

    <link name="link4">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0.3" rpy="0 0 0"></origin>
            <geometry>
                <cylinder length="0.5" radius="0.008"/>
            </geometry>
            <material name="gold">
                <color rgba="0 1.0 1.0 0.8"></color>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <joint name="joint3" type="prismatic">
        <origin xyz="0 0.2 -0.05" rpy="0 0 0"></origin>
        <axis xyz="0 0 1" />
        <parent link="link3" />
        <child link="link4"/>
        <limit effort="30" velocity="1.0" lower="-0.3" upper="0" />
    </joint>

</robot>

显示效果

*. 参考

*. 问题解决

1. 在 Revolute Joint 中：Joint [joint1] is of type REVOLUTE but it does not specify limits

在这里插入图片描述
解决

在 joint_revolute.urdf 文件中的标签中添加属性

<limit effort="30" velocity="1.0" lower="-1.57" upper="1.57" />

effort：扭力

velocity：旋转速度

lower：旋转范围最小值，弧度值

upper：旋转范围最大值，弧度值

2. 在 Revolute Joint 中：Could not find the GUI, install the ‘joint_state_publisher_gui’ package

在这里插入图片描述

set use_gui true 后启动 joint_revolute.urdf 的 launch 文件，失败

解决

安装 joint-state-publisher-gui 包：sudo apt-get install ros-melodic-joint-state-publisher-gui

rosparam set use_gui true

启动 launch 文件

在这里插入图片描述

3. 在 Revolute Joint 中：[WARN] [1607686266.949045]: The ‘use_gui’ parameter was specified, which is deprecated.

在这里插入图片描述
解决

安装 joint-state-publisher-gui 包：sudo apt-get install ros-melodic-joint-state-publisher-gui

在 .launch 文件中，将所有 robot_state_publisher 换成 robot_state_publisher_gui

参考：The ‘use_gui’ parameter was specified, which is deprecated. We’ll attempt to find and run the GUI

*. rough

2048 AI社区

有“AI”的1024 = 2048，欢迎大家加入2048 AI社区

更多推荐

HarmonyOS 6.0+ 游戏/APP体验与PC生态：技术演进与生态探索

鸿蒙6.0+系统实现双赛道突破：移动端通过端云Shader编译技术提升游戏性能，帧率提升24%，续航延长35%，并创新内存镜像快片技术实现游戏秒启；PC端依托全场景协同和AI深度整合，推出超级终端功能实现跨设备无缝连接。系统生态取得显著进展，适配游戏超15000款，原生应用达80万，形成"厂商-开发者-用户"正向循环。面临PC应用兼容性等挑战，鸿蒙采取差异化竞争策略，在政务、教

2048 AI社区

智能绩效管理AI平台的模型Retraining：架构师的自动化流程设计

模型Retraining，简单来说，就是使用新的数据对已经训练好的AI模型进行再次训练的过程。在智能绩效管理AI平台中，随着时间推移，企业会积累新的员工绩效数据，如业绩成果、工作态度评价、项目完成情况等。同时，企业的业务目标、绩效考核标准也可能发生变化。通过Retraining，可以让模型学习到这些新信息，调整模型的参数，从而更好地适应新的绩效管理需求。本文深入探讨了智能绩效管理AI平台模型Ret