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ROS探索总结（二十三）——解读URDF

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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。

11

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。

12

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：

  1. <robot name="test_robot">
  2.   <link name="link1" />
  3.   <link name="link2" />
  4.   <link name="link3" />
  5.   <link name="link4" />
  6.  
  7.   <joint name="joint1" type="continuous">
  8.     <parent link="link1"/>
  9.     <child link="link2"/>
  10.   </joint>
  11.  
  12.   <joint name="joint2" type="continuous">
  13.     <parent link="link1"/>
  14.     <child link="link3"/>
  15.   </joint>
  16.  
  17.   <joint name="joint3" type="continuous">
  18.     <parent link="link3"/>
  19.     <child link="link4"/>
  20.   </joint>
  21. </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：

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

为所有关节应用尺寸：

  1. <robot name="test_robot">
  2.   <link name="link1" />
  3.   <link name="link2" />
  4.   <link name="link3" />
  5.   <link name="link4" />
  6.  
  7.   <joint name="joint1" type="continuous">
  8.     <parent link="link1"/>
  9.     <child link="link2"/>
  10.     <origin xyz="5 3 0" rpy="0 0 0" />
  11.   </joint>
  12.  
  13.   <joint name="joint2" type="continuous">
  14.     <parent link="link1"/>
  15.     <child link="link3"/>
  16.     <origin xyz="-2 5 0" rpy="0 0 1.57" />
  17.   </joint>
  18.  
  19.   <joint name="joint3" type="continuous">
  20.     <parent link="link3"/>
  21.     <child link="link4"/>
  22.     <origin xyz="5 0 0" rpy="0 0 -1.57" />
  23.   </joint>
  24. </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：

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

同理，joint1的旋转轴是：

  1. <axis xyz="-0.707 0.707 0" />

应用到我们的URDF中：

  1. <robot name="test_robot">
  2.   <link name="link1" />
  3.   <link name="link2" />
  4.   <link name="link3" />
  5.   <link name="link4" />
  6.  
  7.   <joint name="joint1" type="continuous">
  8.     <parent link="link1"/>
  9.     <child link="link2"/>
  10.     <origin xyz="5 3 0" rpy="0 0 0" />
  11.     <axis xyz="-0.9 0.15 0" />
  12.   </joint>
  13.  
  14.   <joint name="joint2" type="continuous">
  15.     <parent link="link1"/>
  16.     <child link="link3"/>
  17.     <origin xyz="-2 5 0" rpy="0 0 1.57" />
  18.     <axis xyz="-0.707 0.707 0" />
  19.   </joint>
  20.  
  21.   <joint name="joint3" type="continuous">
  22.     <parent link="link3"/>
  23.     <child link="link4"/>
  24.     <origin xyz="5 0 0" rpy="0 0 -1.57" />
  25.     <axis xyz="0.707 -0.707 0" />
  26.   </joint>
  27. </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：

13

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：

image

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：

14

 

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

本文链接地址: ROS探索总结（二十三）——解读URDF

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评论

55条评论
  1. Gravatar 头像

    fs 回复

    古老师，我在自己用moveit编程的时候，导入urdf文件出现了错误，说是找不到该文件，可是再description文件夹中有这个urdf，望老师指点：
    [ INFO] [1546864204.551455154, 1707.853000000]: Loading robot model 'ur3'...
    [ WARN] [1546864204.551489531, 1707.853000000]: Skipping virtual joint 'fixed_base' because its child frame 'base_link' does not match the URDF frame 'world'
    [ INFO] [1546864204.551501489, 1707.853000000]: No root/virtual joint specified in SRDF. Assuming fixed joint
    [ INFO] [1546864204.684358000, 1707.960000000]: Loading robot model 'ur3'...
    [ WARN] [1546864204.684384281, 1707.960000000]: Skipping virtual joint 'fixed_base' because its child frame 'base_link' does not match the URDF frame 'world'
    [ INFO] [1546864204.684393733, 1707.960000000]: No root/virtual joint specified in SRDF. Assuming fixed joint
    [FATAL] [1546864204.744483667, 1708.001000000]: Group 'ur3' was not found.
    Traceback (most recent call last):
    File "/home/lab/catkin_ws/src/my_ur3_planning/src/moveit_obstacles_demo.py", line 173, in
    MoveItObstaclesDemo()
    File "/home/lab/catkin_ws/src/my_ur3_planning/src/moveit_obstacles_demo.py", line 31, in __init__
    arm = MoveGroupCommander("ur3")
    File "/opt/ros/kinetic/lib/python2.7/dist-packages/moveit_commander/move_group.py", line 52, in __init__
    self._g = _moveit_move_group_interface.MoveGroupInterface(name, robot_description, ns)
    RuntimeError: Group 'ur3' was not found.

    • 古月

      古月 回复

      @fs 是ur3这个group没有吧，看下配置文件里是叫这个名字么

  2. Gravatar 头像

    termianl 回复

    古老师，我运行urdf模型的launch文件，提示下面这个错误，我重新安装robot_state_publisher,仍然报这个错误？麻烦问一下怎么解决？
    ERROR: cannot launch node of type [robot_state_publisher/state_publisher]: can't locate node [state_publisher] in package [robot_state_publisher]

    • Gravatar 头像

      terminal 回复

      @termianl 我把robot_state_publisher的包放在工作空间下编译也显示下面的错误：
      CMake Error at /home/terminal/catkin_ws/devel/share/kdl_parser/cmake/kdl_parserConfig.cmake:113 (message):
      Project 'kdl_parser' specifies
      '/home/terminal/catkin_ws/src/kdl_parser/kdl_parser/include' as an include
      dir, which is not found. It does neither exist as an absolute directory
      nor in
      '/home/terminal/catkin_ws/src/kdl_parser/kdl_parser//home/terminal/catkin_ws/src/kdl_parser/kdl_parser/include'.
      Check the issue tracker 'https://github.com/ros/kdl_parser/issues' and
      consider creating a ticket if the problem has not been reported yet.
      Call Stack (most recent call first):
      /opt/ros/kinetic/share/catkin/cmake/catkinConfig.cmake:76 (find_package)
      robot_state_publisher-kinetic-devel/CMakeLists.txt:7 (find_package)

      -- Configuring incomplete, errors occurred!
      See also "/home/terminal/catkin_ws/build/CMakeFiles/CMakeOutput.log".
      See also "/home/terminal/catkin_ws/build/CMakeFiles/CMakeError.log".
      Invoking "cmake" failed

  3. Gravatar 头像

    terminal 回复

    老师，麻烦问一下，我最近在写四轮小车的xacro格式的模型，但是一直提示
    [ERROR] [1541745249.555446045]: No link elements found in urdf file
    [robot_state_publisher-2] process has died [pid 1162, exit code -11, cmd /opt/ros/indigo/lib/robot_state_publisher/robot_state_publisher __name:=robot_state_publisher __log:=/home/turtlebot/.ros/log/0a0480f6-e3e3-11e8-966a-a8a7956bb581/robot_state_publisher-2.log].
    log file: /home/turtlebot/.ros/log/0a0480f6-e3e3-11e8-966a-a8a7956bb581/robot_state_publisher-2*.log
    不知道什么原因？

      • Gravatar 头像

        terminal 回复

        @古月 老师，您好！我把其他关节都删了，只留下了四个轮子还有一个base_link,还是报相同的错误，不知道是什么原因，下面是我写的xacro文件，麻烦老师帮忙看一下，是不是我弄错格式还是其他什么原因。谢谢老师！

        • 古月

          古月 回复

          @terminal 仔细看下有没有拼写错误，可以找一个没问题的模型把中间的部分删掉对比测试一下

      • Gravatar 头像

        terminal 回复

        @古月 轮子部分的代码：

      • Gravatar 头像

        terminal 回复

        @古月 代码部分粘贴不上去，我只把主要部分说一下。这部分内容我是按照您的课程mbot_description格式改的，因为我的是四个轮子，我就把wheel部分的参数改成了

        ，
        还有link部分：
        joint部分：

        麻烦老师帮忙看一下是什么原因，谢谢老师！

      • Gravatar 头像

        terminal 回复

        @古月 这部分内容我是按照您的课程mbot_description格式改的，因为我的是四个轮子，我就把wheel部分的参数改成了

        还有link部分：
        joint部分：
        这是我主要改了的几个部分，麻烦老师帮忙看一下是什么原因，谢谢老师！

      • Gravatar 头像

        terminal 回复

        @古月 不知道什么原因，我手打的一部分代码也显示不出来，不知道方不方便留个邮箱，我把文档发给您看一下，谢谢老师！

          • Gravatar 头像

            terminal 回复

            @古月 谢谢老师！文档我已经发您邮箱了，麻烦您有时间帮忙看一下！

            • 古月

              古月 回复

              @terminal 我看你的mbot_base.xacro里边都是定义的宏，没有调用的地方，相当于写C程序里只有函数没有main一样，你需要创建一个顶层文件，调用里边的宏。

              • Gravatar 头像

                terminal 回复

                @古月 不还意思，老师，我不太清楚您说的顶层文件是什么，该怎么写？我把我的模型文件和您的mbot_base.xacro对比没有发现缺少什么，所以，能不能麻烦您再说详细一些，或者发我一下相关资料链接，我自己看一下，谢谢老师！

              • Gravatar 头像

                terminal 回复

                @古月 问题已经解决了，谢谢老师的指导！

  4. Gravatar 头像

    张云超 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

      古月 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

  5. Gravatar 头像

    sunanger 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

      古月 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。

      • Gravatar 头像

        夏 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?

  6. Gravatar 头像

    yan 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

      古月 回复

      @yan 用这个安装：
      sudo apt-get install liburdfdom-tools

      • Gravatar 头像

        yan 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

      • Gravatar 头像

        yan 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

          古月 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

          • Gravatar 头像

            yan 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

          • Gravatar 头像

            yan 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。。。

            • Gravatar 头像

              yan 回复

              @yan 再请问一下，srdf的作用是什么呢

              • 古月

                古月 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

              古月 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。

              • Gravatar 头像

                yan 回复

                @古月 这样啊，我懂了，十分感谢

  7. Gravatar 头像

    孔维霞 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

  8. Gravatar 头像

    李响 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

  9. Gravatar 头像

    李响 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

    • Gravatar 头像

      hymwgk 回复

      @李响 你好 請問這個問題你解決了麼,查的頭疼

  10. Gravatar 头像

    Watermelon 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

      古月 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

    • Gravatar 头像

      Ale 回复

      @Watermelon 你好！我运行check_urdf报同样的错误，你是怎么解决的呢

      • Gravatar 头像

        峰 回复

        @Ale 你好，当初这个是怎么解决的呢

    • Gravatar 头像

      峰 回复

      @Watermelon 你好，当初这个是怎么解决的呢

      • Gravatar 头像

        Aaron 回复

        @峰 请问解决了么？遇到同样的问题

        • Gravatar 头像

          指尖的流光 回复

          @Aaron .urdf文件需要放在工作空间下，与devel,build,src同级

  11. Gravatar 头像

    王方 回复

    🙄 加油！

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