ROS探索总结（二十三）——解读URDF

Unified Robot Description Format，统一机器人描述格式，简称为URDF。ROS中的urdf功能包包含一个URDF的C++解析器，URDF文件使用XML格式描述机器人模型。

1 URDF语法规范

参见：XML specifications

2 组件

URDF由一些不同的功能包和组件组成，下图描述了这些组件之间的联系。

3 URDF教程

如下图所示，本节将创建一个如下图所示结构的机器人模型。

3.1 基础模型

上图所示是一个树形机器人模型，我们先从机器人的整体结构出发，不考虑过多的细节，可以将机器人通过如下的URDF表示：

```
<robot name="test_robot">
```
```
  <link name="link1" />
```
```
  <link name="link2" />
```
```
  <link name="link3" />
```
```
  <link name="link4" />
```
```
 
```

  <joint name="joint1" type="continuous">

```
    <parent link="link1"/>
```
```
    <child link="link2"/>
```
```
  </joint>
```
```
 
```

  <joint name="joint2" type="continuous">

```
    <parent link="link1"/>
```
```
    <child link="link3"/>
```
```
  </joint>
```
```
 
```

  <joint name="joint3" type="continuous">

```
    <parent link="link3"/>
```
```
    <child link="link4"/>
```
```
  </joint>
```
```
</robot>
```

上边的URDF模型定义了机器人的4个环节（link），然后定义了三个关节（joint）来描述环节之间的关联。

ROS为用户提供了一个检查URDF语法的工具：

$ sudo apt-get install liburdfdom-tools

安装完毕后，执行检查：

check_urdf my_robot.urdf

如果一切正常，将会有如下显示：

robot name is: test_robot

---------- Successfully Parsed XML ---------------

root Link: link1 has 2 child(ren)

child(1): link2

child(2): link3

child(1): link4

3.2 添加机器人尺寸

在基础模型之上，我们为机器人添加尺寸大小。由于每个环节的参考系都位于该环节的底部，关节也是如此，所以在表示尺寸大小时，只需要描述其相对于连接的关节的相对位置关系即可。URDF中的<origin>域就是用来表示这种相对关系。

例如，joint2相对于连接的link1在x轴和y轴都有相对位移，而且在x轴上还有90度的旋转变换，所以表示成<origin>域的参数就如下所示：

```
<origin xyz="-2 5 0" rpy="0 0 1.57" />
```

为所有关节应用尺寸：

```
<robot name="test_robot">
```
```
  <link name="link1" />
```
```
  <link name="link2" />
```
```
  <link name="link3" />
```
```
  <link name="link4" />
```
```
 
```

  <joint name="joint1" type="continuous">

```
    <parent link="link1"/>
```
```
    <child link="link2"/>
```
```
    <origin xyz="5 3 0" rpy="0 0 0" />
```
```
  </joint>
```
```
 
```

  <joint name="joint2" type="continuous">

```
    <parent link="link1"/>
```
```
    <child link="link3"/>
```

    <origin xyz="-2 5 0" rpy="0 0 1.57" />

```
  </joint>
```
```
 
```

  <joint name="joint3" type="continuous">

```
    <parent link="link3"/>
```
```
    <child link="link4"/>
```

    <origin xyz="5 0 0" rpy="0 0 -1.57" />

```
  </joint>
```
```
</robot>
```

再次使用check_urdf检查通过后继续下一步。

3.3 添加运动学参数

如果我们为机器人的关节添加旋转轴参数，那么该机器人模型就可以具备基本的运动学参数。

例如，joint2围绕正y轴旋转，可以表示成：

```
<axis xyz="0 1 0" />
```

同理，joint1的旋转轴是：

```
<axis xyz="-0.707 0.707 0" />
```

应用到我们的URDF中：

```
<robot name="test_robot">
```
```
  <link name="link1" />
```
```
  <link name="link2" />
```
```
  <link name="link3" />
```
```
  <link name="link4" />
```
```
 
```

  <joint name="joint1" type="continuous">

```
    <parent link="link1"/>
```
```
    <child link="link2"/>
```
```
    <origin xyz="5 3 0" rpy="0 0 0" />
```
```
    <axis xyz="-0.9 0.15 0" />
```
```
  </joint>
```
```
 
```

  <joint name="joint2" type="continuous">

```
    <parent link="link1"/>
```
```
    <child link="link3"/>
```

    <origin xyz="-2 5 0" rpy="0 0 1.57" />

```
    <axis xyz="-0.707 0.707 0" />
```
```
  </joint>
```
```
 
```

  <joint name="joint3" type="continuous">

```
    <parent link="link3"/>
```
```
    <child link="link4"/>
```

    <origin xyz="5 0 0" rpy="0 0 -1.57" />

```
    <axis xyz="0.707 -0.707 0" />
```
```
  </joint>
```
```
</robot>
```

便忘记使用check_urdf检查语法错误。

3.4 图形化显示URDF模型

我们现在已经完成了一个简单的URDF模型创建，ROS提供了相应的工具可以让URDF图像化显示出来。

  $ urdf_to_graphiz my_robot.urdf

然后打开生成的pdf文件，即可看到图形化的URDF：

4 示例

参见：Example

5 调试工具

5.1 验证工具

上文已经提到了URDF语法检查工具check_urdf，在indigo版本的ROS中，执行如下命令即可：

rosrun urdfdom check_urdf /tmp/pr2.urdf

检查结果如下：

5.2 可视化工具

上文同样提到的URDF可视化工具urdf_to_graphiz，在indigo版本额ROS中属于liburdfdom-tools包中的一个工具，可以使用如下命令安装：

sudo apt-get install liburdfdom-tools

可视化工具的使用方法：

urdf_to_graphiz pr2.urdf

结果如下所示：

参考链接

1、urdf功能包：http://wiki.ros.org/urdf

2、urdf语法规范：http://wiki.ros.org/urdf/XML

3、urdf教程：http://wiki.ros.org/urdf/Tutorials

4、urdf示例：http://wiki.ros.org/urdf/Examples

原创文章，转载请注明： 转载自古月居

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37条评论

张云超 2018-06-24 16:36:28 回复

你好，请问一下在ｕｒｄｆ文件中三角形的柱体怎么描述？
- 古月 2018-06-24 16:55:07 回复
  
  @张云超没办法直接用标签描述，需要用三维软件设计再导出成mesh文件
sunanger 2017-11-10 15:57:43 回复

大师你好，我有一个问题，一直困扰着，ros是基于自己写的urdf文件来完成一些运动学的控制，但实际硬件机器人与自己写的urdf文件间是存在一些误差的，ros里边是怎样来校正这两个间的误差的呢？谢谢。
- 古月 2017-11-10 20:53:28 回复
  
  @sunanger 如果你需要用URDF模型进行仿真，确实和真实机器人存在误差，仿真永远不能等于真实，只能通过完善模型逼近真实而已。如果你只是用URDF模型做显示，那么模型只是将真实机器人的状态以可视化的形式呈现出来而已。你说的运动学控制应该属于第一种情况，基于模型的算法和ROS本身没有关系，ROS只是提供了URDF这种建模工具，功能比较强大，但也绝对不是万能的。
  - 夏 2018-05-11 12:01:25 回复
    
    @古月博主您好,我想问一下就是joint里面这个描述的坐标系和我们在对机械臂进行建坐标系得出D-H参数的那个坐标系是不是应该保持一致,就是这个joint参数是不是应该按照实际控制机械臂建立的运动学的那个坐标系来设定?
    - 古月 2018-05-15 20:15:54 回复
      
      @夏是的，最好能保持一致
yan 2017-08-26 18:55:05 回复

您好，我出现的问题是urdfdom notfound，好像是我少下了一个包，不知道是哪个包呢，网上也搜不到
- 古月 2017-08-26 22:12:30 回复
  
  @yan 用这个安装：
  sudo apt-get install liburdfdom-tools
  - yan 2017-08-27 10:52:29 回复
    
    @古月这个包我两台电脑都下载了，但是还是出现urdfdom notfound，在一台电脑上我下了那个包就没有出现问题，另一台上忘了要下哪个包就出现这个问题了
  - yan 2017-08-27 11:02:16 回复
    
    @古月顺便问一下，urdf代码中link内容和joint内容位置可以交换吗，有没有编写的先后之分
    - 古月 2017-08-27 12:38:10 回复
      
      @yan 不用package，直接用这个命令试一下：check_urdf my_robot.urdf
      link和joint的位置可以交换的，没有先后之分
      - yan 2017-08-27 15:27:21 回复
        
        @古月照你说的做，然后也出现了ERROR: Model Parsing the xml failed，我改了一下urdf文件后就弄好了，非常感谢
      - yan 2017-08-27 15:38:10 回复
        
        @古月文件倒是正常的，但是运行rosrun urdfdom check_urdf /tmp/pr2.urdf这里还是出现了[rospack] Error:package 'urdfdom' not found。。。
        
        yan 2017-08-27 16:02:27 回复
        
        @yan 再请问一下，srdf的作用是什么呢
        
        古月 2017-08-28 08:39:03 回复
        
        @yan 也是机器人模型的一种描述格式，在某些功能包中需要，比如moveit
        
        古月 2017-08-28 08:34:57 回复
        
        @yan urdfdom功能包在某些ROS版本中没有，改成了check_urdf命令，两种方法是一样的。
        
        yan 2017-08-31 20:49:13 回复
        
        @古月这样啊，我懂了，十分感谢
孔维霞 2017-08-20 11:08:53 回复

Error: Error document empty.
at line 72 in /build/buildd/urdfdom-0.2.10+dfsg/urdf_parser/src/model.cpp
ERROR: Model Parsing the xml failed
您好，这个错误是什么意思啊
- 古月 2017-08-20 18:32:54 回复
  
  @孔维霞模型文件有问题，仔细检查一下urdf文件是不是问题
- 程涛生 2017-12-10 16:03:08 回复
  
  @孔维霞请问这个问题解决了吗？我也遇到这种情况，求解，谢谢
- 程涛生 2017-12-10 16:03:57 回复
  
  @孔维霞请问这个问题解决了吗？我也遇到这种情况，求解，谢谢
  😀
  - 贾 2018-01-29 09:24:44 回复
    
    @程涛生你好，我也是这个问题，你解决了吗？请问怎么解决的，谢谢
    - 古月 2018-01-29 09:28:45 回复
      
      @贾参考一下这两个：
      https://answers.ros.org/question/215648/dont-understand-how-to-parse-urdf-file/?answer=215660#post-id-215660
      http://www.roswiki.com/read.php?tid=383
      - 彭虎 2018-07-11 10:47:32 回复
        
        @古月我也是这个问题，你们解决了吗？怎么解决的，能分享一下吗
李响 2017-04-25 10:11:11 回复

[ERROR] [1493085521.336593342]: Error retrieving file [file:///home/cx/catkin_ws/src/Basic1/meshes/base_link.stl]: Couldn't open file /home/cx/catkin_ws/src/Basic1/meshes/base_link.stl
[ERROR] [1493085521.372680776]: Could not load model 'package://Basic1/meshes/base_link.stl' for link 'base_link': OGRE EXCEPTION(6:FileNotFoundException): Cannot locate resource package://Basic1/meshes/base_link.stl in resource group Autodetect or any other group. in ResourceGroupManager::openResource at /build/buildd/ogre-1.8-1.8.1+dfsg/OgreMain/src/OgreResourceGroupManager.cpp (line 756)
........后面都是类似的错误显示
但是我的Basic1文件夹下的meshes文件夹里面有base_link_STL等文件
请问如何解决这个问题呢，谢谢
- 古月 2017-04-27 09:16:31 回复
  
  @李响这个问题我不太清楚，参考一下：
  http://answers.ros.org/question/39116/bug-mesh-file-path-in-urdf-cannot-locate-resource-file/
  https://github.com/ros-visualization/rviz/issues/913
  https://answers.cosrobotics.org/question/1180/shi-yong-solidworkszhuan-urdfhou-zai-rvizxian-shi-bu-zheng-que-ti-shi-zhao-bu-dao-mou-wen-jian-ju-ti-ru-xia/?answer=1181
李响 2017-04-25 10:05:11 回复

您好！请问，我用RVIZ直接打开urdf，只显示tf变换，不显示机器人模型怎么解决？用RVIZ打开setup_saaistant配置好的demo.launch文件也一样。urdf文件是我用solidworks用官方的插件转的
- 古月 2017-04-27 09:17:07 回复
  
  @李响有没有在rviz中加入robotmodel
- hymwgk 2018-04-18 08:54:09 回复
  
  @李响你好請問這個問題你解決了麼,查的頭疼
Watermelon 2016-06-15 11:48:41 回复

您好，我刚学完新手教程，请问下我应该把my_robot.urdf这个文件放到哪个文件夹里？还要进行其他的操作吗？比如说修改cmake？为什么我运行check_urdf my_robot.urdf命令时，显示
Error document empty.
at line 72 in /build/buildd/urdfdom-0.2.10+dfsg/urdf_parser/src/model.cpp
ERROR: Model Parsing the xml failed
- 古月 2016-06-16 09:58:10 回复
  
  @Watermelon 你好，如果不指定路径，check_urdf命令会搜索当前文件夹下的urdf文件，不用修改cmake
- Ale 2016-06-30 16:18:24 回复
  
  @Watermelon 你好！我运行check_urdf报同样的错误，你是怎么解决的呢
  - 峰 2018-01-31 15:48:09 回复
    
    @Ale 你好，当初这个是怎么解决的呢
- 峰 2018-01-31 15:48:25 回复
  
  @Watermelon 你好，当初这个是怎么解决的呢
  - Aaron 2018-03-10 12:02:11 回复
    
    @峰请问解决了么？遇到同样的问题
    - 指尖的流光 2018-05-18 09:06:48 回复
      
      @Aaron .urdf文件需要放在工作空间下，与devel,build,src同级
王方 2016-05-23 08:59:59 回复

🙄 加油！

古月居