[ROS 系列学习教程] 建模与仿真 - URDF 建模实践

在这里插入图片描述

ROS 系列学习教程(总目录)

本文目录

  • 一、机器人结构组成
  • 二、新建功能包
  • 三、编写launch文件
  • 四、创建底盘
  • 五、添加轮子
  • 六、添加其他部件
  • 七、解决部分实体位于地面以下的问题

前文介绍了URDF建模与URDF语法，接下来介绍怎么使用URDF从零构建一个机器人模型并在rviz中显示。

一、机器人结构组成

最终效果如下图：

在这里插入图片描述

机器人由如下部分组成：

  • 底盘 * 1
  • 主动轮 * 2
  • 从动轮（脚轮）* 2
  • 激光雷达 * 1
  • RGB相机 * 1

二、新建功能包

为面向零基础的同学，使教学清晰，新建一个功能包用于学习该章节，新建功能包方法见前文，功能包结构如下：

在这里插入图片描述

其中，

  • config ：存放rviz配置文件
  • launch ：存放launch文件
  • meshes ：存放模型渲染文件
  • models ：存放模型文件
  • src与include ：存放源文件和头文件

关于ROS工作空间与功能包的创建，详见 ROS Hello World

三、编写launch文件

如前文所述，rviz显示urdf模型需要先把模型参数注册到参数服务器，然后打开rviz，在rviz中配置好后才能正常显示模型。这些步骤可以手动一步一步完成，也可以编写launch文件快速执行。

另外，对于包含多个link的模型，需要发布link间的joint和tf关系，以使rviz可以确定link间的空间位置。ROS提供了 joint_state_publisher 和 robot_state_publisher 两个功能包来实现link间joint和tf关系的发布，如没有安装这两个功能包，可以使用如下命令安装（以noetic为例）：

sudo apt install ros-noetic-joint-state-publisher
sudo apt install ros-noetic-robot-state-publisher

launch文件内容如下：

<launch><param name="robot_description" textfile="$(find simulation_learning)/models/urdf/mbot_base.urdf" /><!-- 设置GUI参数，显示关节控制插件 --><param name="use_gui" value="true" /><!-- 运行joint_state_publisher节点，发布机器人的关节状态  --><node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" /><!-- 运行robot_state_publisher节点，发布tf  --><node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" /><!-- 运行rviz可视化界面，并加载配置 --><node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" args="-d $(find simulation_learning)/config/mbot_urdf.rviz" required="true" />
</launch>

关于launch文件的具体描述，见[4.1 launch文件](#4.1 launch文件)

四、创建底盘

在models/urdf中创建mbot_base.urdf文件，用于编写urdf模型。

底盘是一个圆柱体，半径为 0.2m，高为0.16m，urdf代码如下：

<?xml version="1.0"?>
<robot name="mbot"><link name="base_link"><visual><origin xyz=" 0 0 0" rpy="0 0 0" /><geometry><cylinder length="0.16" radius="0.20" /></geometry><material name="yellow"><color rgba="1 0.4 0 1" /></material></visual></link>
</robot>

运行 launch 文件，结果如下：

在这里插入图片描述

这里注意base_link的原点位于圆柱体的几何中心，即有一半圆柱体是位于地面以下的，这一点到最后会解决，目前先把机器人模型搭建起来。

五、添加轮子

轮子是小一点的圆柱体，半径为 0.06m，高为0.025m。

现在有了两个实体，底盘和一个轮子，需要使用joint说明他们之间的几何与运动关系，否则rviz解析urdf时会报错。

urdf代码如下：

<!-- 底盘实体描述 -->
<link name="base_link"><visual><origin xyz=" 0 0 0" rpy="0 0 0" /><geometry><cylinder length="0.16" radius="0.20" /></geometry><material name="yellow"><color rgba="1 0.4 0 1" /></material></visual>
</link><!-- 左轮与底盘的关节描述 -->
<joint name="left_wheel_joint" type="continuous"><origin xyz="0 0.19 -0.05" rpy="0 0 0" /><parent link="base_link" /><child link="left_wheel_link" /><axis xyz="0 1 0" />
</joint><!-- 左轮实体描述 -->
<link name="left_wheel_link"><visual><origin xyz="0 0 0" rpy="1.5707 0 0" /><geometry><cylinder radius="0.06" length="0.025" /></geometry><material name="white"><color rgba="1 1 1 0.9" /></material></visual>
</link>

其中，joint中的type描述了关节类型（机械中的运动副），该类型为旋转类型（机械中的旋转副），origin表示左轮原点相对于底盘原点的空间位姿偏移，parent和child分别表示该关节的父实体和子实体，由于该关节为旋转关节，使用axis定义旋转轴。关于joint的具体描述见 建模与仿真 - URDF 语法介绍。

运行 launch 文件，结果如下：

在这里插入图片描述

六、添加其他部件

其他部件同理，添加实体与相应的关节描述。

完整的urdf代码如下：

<?xml version="1.0"?>
<robot name="mbot"><!-- 底盘实体描述 --><link name="base_link"><visual><origin xyz=" 0 0 0" rpy="0 0 0" /><geometry><cylinder length="0.16" radius="0.20" /></geometry><material name="yellow"><color rgba="1 0.4 0 1" /></material></visual></link><!-- 左轮与底盘的关节描述 --><joint name="left_wheel_joint" type="continuous"><origin xyz="0 0.19 -0.05" rpy="0 0 0" /><parent link="base_link" /><child link="left_wheel_link" /><axis xyz="0 1 0" /></joint><!-- 左轮实体描述 --><link name="left_wheel_link"><visual><origin xyz="0 0 0" rpy="1.5707 0 0" /><geometry><cylinder radius="0.06" length="0.025" /></geometry><material name="white"><color rgba="1 1 1 0.9" /></material></visual></link><!-- 右轮与底盘的关节描述 --><joint name="right_wheel_joint" type="continuous"><origin xyz="0 -0.19 -0.05" rpy="0 0 0" /><parent link="base_link" /><child link="right_wheel_link" /><axis xyz="0 1 0" /></joint><!-- 右轮实体描述 --><link name="right_wheel_link"><visual><origin xyz="0 0 0" rpy="1.5707 0 0" /><geometry><cylinder radius="0.06" length="0.025" /></geometry><material name="white"><color rgba="1 1 1 0.9" /></material></visual></link><!-- 前脚轮实体描述 --><joint name="front_caster_joint" type="continuous"><origin xyz="0.18 0 -0.095" rpy="0 0 0" /><parent link="base_link" /><child link="front_caster_link" /><axis xyz="0 1 0" /></joint><!-- 前脚轮和底盘的关节描述 --><link name="front_caster_link"><visual><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><geometry><sphere radius="0.015" /></geometry><material name="black"><color rgba="0 0 0 0.95" /></material></visual></link><!-- 后脚轮实体描述 --><joint name="back_caster_joint" type="continuous"><origin xyz="-0.18 0 -0.095" rpy="0 0 0" /><parent link="base_link" /><child link="back_caster_link" /><axis xyz="0 1 0" /></joint><!-- 后脚轮和底盘的关节描述 --><link name="back_caster_link"><visual><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><geometry><sphere radius="0.015" /></geometry><material name="black"><color rgba="0 0 0 0.95" /></material></visual></link><!-- 激光雷达实体描述 --><link name="laser_link"><visual><origin xyz=" 0 0 0 " rpy="0 0 0" /><geometry><cylinder length="0.05" radius="0.05" /></geometry><material name="gray"><color rgba="0.25 0.25 0.25 0.95" /></material></visual></link><!-- 激光雷达和底盘的关节描述 --><joint name="laser_joint" type="fixed"><origin xyz="0 0 0.105" rpy="0 0 0" /><parent link="base_link" /><child link="laser_link" /></joint><!-- 相机实体描述 --><link name="camera_link"><visual><origin xyz=" 0 0 0 " rpy="0 1.57 0" /><geometry><cylinder radius="0.02" length = "0.05"/></geometry><material name="gray"><color rgba="0.25 0.25 0.25 0.95"/></material></visual></link><!-- 相机和底盘的关节描述 --><joint name="camera_joint" type="fixed"><origin xyz="0.18 0 0.055" rpy="0 0 0"/><parent link="base_link"/><child link="camera_link"/></joint></robot>

运行 launch 文件，结果如下：

在这里插入图片描述

七、解决部分实体位于地面以下的问题

首先明确我们的 Fixed Frame 是base_link， Fixed Frame 可以理解为世界坐标系，对于我们的设置就是base_link即当前的世界，rviz默认一切都是从世界中心诞生。

实体位于地面以下，是由于我们设置的其他实体都是以世界中心为参考而又认为地面在轮子下方，但rviz认为地面原点在世界中心，所以看起来和我们的认知有些冲突。

解决办法有多种，但基本都是改变base_link或其他实体与世界中心的关系。

方法一：

比较常见的一种：新增floor_link作为 Fixed Frame 世界坐标系，base_link作为他的子级。这种方法对现有已经完成的模型修改最少。

在urdf文件中新增如下内容即可：

<!-- 地面实体描述 -->
<link name="floor_link"><visual><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><geometry><!-- 圆柱体高度尽量小，已达到可忽略的精度 --><cylinder length="0.000001" radius="0.20" /></geometry><material name="floor"><color rgba="1 0.4 0 0" /></material></visual>
</link><!-- 底盘与地面的关节关系描述 -->
<joint name="base_joint" type="continuous"><origin xyz="0 0 0.11" rpy="0 0 0" /><parent link="floor_link" /><child link="base_link" /><axis xyz="0 1 0" />
</joint>

结果如下：

在这里插入图片描述

使用rviz查看TF关系如下：

在这里插入图片描述

新增的floor_link如图中框选，但这种方法在工程上很难测量base_link的实际位置，所以就有了方法二。

方法二：

将floor_link直接命名为base_link，其他实体都以它为基准，但位置描述都要作相应的修改，这种方法对于现有已经完成的模型修改较多，对新工程比较友好，各实体的实际位置也很容易通过测量得到。

修改后的TF树如下，此时base_link位于世界原点，也是机器人底盘原点在地面的投影点。

在这里插入图片描述

机器人的外观显示和方法一一样：

在这里插入图片描述

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.hqwc.cn/news/704204.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系编程知识网进行投诉反馈email:809451989@qq.com，一经查实，立即删除！

相关文章

基于国产LoRa的智慧农业解决方案--ASR6601、SX1278

基于国产LoRa的智慧农业解决方案--ASR6601、SX1278

我国《数字乡村发展战略纲要》明确指出“要推进农业数字化转型”&#xff0c;加快推广云计算、大数据、物联网、人工智能在农业生产经营管理中的运用。 然而&#xff0c;目前我国的农业数字化转型还面临着诸多挑战。我国整体农业机械化程度和自动化控制水平仍然较低。由于农田面…
阅读更多...
Java类和对象（二）—— 封装，static 关键字与代码块

Java类和对象（二）—— 封装，static 关键字与代码块

前言 在面向对象的编程语言中&#xff0c;有三大特性&#xff1a;封装、继承和多态~~ 今天我们就来学习封装的知识 封装 什么是封装 在现实生活中&#xff0c;我们经常使用手机来进行沟通与交流&#xff0c;实际上我们拿到的手机是被封装好的&#xff0c;精美的屏幕&a…
阅读更多...
java医院信息系统HIS源码SaaS模式Java版云HIS系统 接口技术RESTful API + WebSocket + WebService

java医院信息系统HIS源码SaaS模式Java版云HIS系统 接口技术RESTful API + WebSocket + WebService

java医院信息系统HIS源码SaaS模式Java版云HIS系统 接口技术RESTful API WebSocket WebService 云HIS是基于云计算的医疗卫生信息系统&#xff08;Cloud-Based Healthcare Information System&#xff09;&#xff0c;它运用云计算、大数据、物联网等新兴信息技术&#xff0c;…
阅读更多...
jiebaNET中文分词器

jiebaNET中文分词器

最近我接手了一个有趣的需求&#xff0c;需要对用户评价进行分词&#xff0c;进行词频统计和情绪分析&#xff0c;并且根据词频权重制成词云图以供后台数据统计&#xff0c;于是我便引入了jieba分词器,但是我发现网上关于jiebaNET相关文档实在太少了&#xff0c;甚至连配置文件…
阅读更多...
core.sshd.xxxxxx文件过大

core.sshd.xxxxxx文件过大

背景 【紧急】【应用分组】应用: 接入点服务, 分组: 观众预发, ip: xx.xx.xx.xx 【/】&#xff0c;磁盘使用率已连续2次大于90% [当前值:100%]。报警时间: 2024-05-13 14:07:01 原因 登录机器查看&#xff0c;发现根目录下有大量的崩溃文件将 / 打满 处理 1&#xff0c; 删…
阅读更多...
百度百舸 AIAK-LLM 的大模型训练和推理加速实践

百度百舸 AIAK-LLM 的大模型训练和推理加速实践

本文整理自 4 月 16 日的 2024 百度 Create 大会的公开课分享《百舸 AIAK-LLM&#xff1a;大模型训练和推理加速实践》。 今天要分享的主题是 AI Infra 相关的内容&#xff0c;主要内容分为四部分。 首先和大家一起讨论大模型给基础设施带来的挑战。第二部分则是向大家介绍一个…
阅读更多...
洗地机怎么挑？洗地机选购指南，2024洗地机测评选购攻略

洗地机怎么挑？洗地机选购指南，2024洗地机测评选购攻略

在快节奏的生活中&#xff0c;繁琐的清洁工作往往令人头疼&#xff0c;随着洗地机的诞生&#xff0c;极大地简化了清洁的过程&#xff0c;洗地机凭借着它吸拖洗为一体的高效清洁特点&#xff0c;受到家庭和商业场所的广泛欢迎。那么&#xff0c;洗地机怎么挑&#xff0c;要注意…
阅读更多...
基于Spring封装一个websocket工具类使用事件发布进行解耦和管理

基于Spring封装一个websocket工具类使用事件发布进行解耦和管理

最近工作中&#xff0c;需要将原先的Http请求换成WebSocket&#xff0c;故此需要使用到WebSocket与前端交互。故此这边需要研究一下WebSocket到底有何优点和不可替代性&#xff1a; WebSocket优点&#xff1a; WebSocket 协议提供了一种在客户端和服务器之间进行全双工通信的…
阅读更多...
【漏洞复现】Secnet-智能路由系统弱口令

【漏洞复现】Secnet-智能路由系统弱口令

0x01 产品简介 Secnet安网智能AC管理系统是广州安网通信技术有限公司(简称“安网通信”)的无线AP管理系统 0x02 漏洞描述 攻击者可直接利用弱口令登录系统 0x03 搜索语法 fofa: title"安网-智能路由系统" || title"智能路由系统" || title"安网科…
阅读更多...
CentOs安装

CentOs安装

安装 开发工具 &#xff1a;GCC、 JDK、mysql 如果出现蓝屏&#xff0c;要在BIOS开启虚拟化支持&#xff0c;或者移除打印机。
阅读更多...
华为认证大数据是什么？华为认证大数据有用吗？

华为认证大数据是什么？华为认证大数据有用吗？

华为大数据是用来搜集整理大数据&#xff0c;提供解决方案的数据中心。华为大数据解决方案是华为公司推出的一种综合性云解决方案&#xff0c;主要针对广告营销、电商、车联网等大数据应用场景的云计算大数据方案&#xff0c;帮助企业用户构建大数据平台&#xff0c;解决企业的…
阅读更多...
速度背！24上软考网工“经典100道母题来了”！

速度背！24上软考网工“经典100道母题来了”！

距离软考考试的时间越来越近了&#xff0c;趁着这两周赶紧准备起来。 今天给大家整理了——网络工程师经典100道母题&#xff08;含解析&#xff09;&#xff0c;有PDF版&#xff0c;可打印&#xff0c;每天刷一点&#xff0c;考试就像遇到“老朋友”。 第一章节&#xff1a;计…
阅读更多...
推荐文章
最新文章

Copyright @ 2022~2023