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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31条评论

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。
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
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
王方 2016-05-23 08:59:59 回复

🙄 加油！

古月居