10.3 joint

元素joint用于描述关节的运动学和动力学属性。

10.3.1 <joint>元素

<joint>元素用于描述关节的运动学和动力学属性，此外还可以指定关节的安全限制（safety limits）。

下面是一个<joint>元素的示例：

<joint name="my_joint" type="floating">
   <origin xyz="0 0 1" rpy="0 0 3.1416"/>
   <parent link="link1"/>
   <child link="link2"/>

   <calibration rising="0.0"/>
   <dynamics damping="0.0" friction="0.0"/>
   <limit effort="30" velocity="1.0" lower="-2.2" upper="0.7" />
   <safety_controller k_velocity="10" k_position="15" soft_lower_limit="-2.0" soft_upper_limit="0.5" />
</joint>

10.3.2 属性

<joint>元素具有以下两个属性：

（1）name属性

是必须指定的属性，用于指定关节的唯一名称。

（2）type属性

是必须指定的属性，用于指定关节类型，可以是以下六种关节类型之一：

● 旋转（revolute）关节—沿轴旋转并具有由上限和下限指定的有限旋转范围的铰链关节。

● 连续（continuous）关节—绕轴旋转且没有上下限的连续铰链关节。

● 棱柱（prismatic）关节—沿轴滑动且具有由上限和下限指定的有限滑动范围的滑动关节。

● 固定（fixed）关节—并不是真正的关节，因为它不能移动。这种类型的关节其所有自由度都被锁定。这种类型的关节不需要轴、校准、动力学、限制或安全控制器。

● 浮动（floating）关节—这种关节允许所有6个自由度的运动。

● 平面（planar）关节—这种关节允许在垂直于轴的平面内运动。

10.3.3 子元素

<joint>元素有以下9个子元素：<origin>、<parent>、<child>、<axis>、<calibration>、<dynamics>、<limit>、<mimic>和<safety_controller>。

1、<origin>子元素

可选子元素，用于指定从父级链接到子级链接的坐标变换。关节参考坐标系的原点就位于子级链接参考坐标系的原点，如上图所示。如果未指定，则默认与子级链接的原点相同。

该元素可以用以下两个子元素来描述：

①xyz

可选子元素，用于表达关节参考坐标系原点对子级链接参考坐标系原点在xyz三个轴上的偏移量，默认为0向量。所有偏移量的单位均为米。

②rpy

可选子元素，用于表达关节坐标系绕xyz三个固定轴的旋转角度即横滚角（roll）、俯仰角（pitch）和偏航角（yaw），单位为弧度。如果未指定该子元素的值，则默认情况下为0向量，即不绕三个轴旋转或与子级链接参考坐标系的三个轴方向相同。

2、<parent>子元素

必须指定的子元素，该子元素用必须指定其值的属性link来指定此关节的父级链接名称，即在机器人树形结构中作为此关节的父级链接的链接名称。

3、<child>子元素

必须指定的子元素，该子元素用必须指定其值的属性link来指定此关节的子级链接名称，即在机器人树形结构中作为此关节的子级链接的链接名称。

4、<axis>子元素

可选子元素，默认值为（1,0,0）。用于指定关节坐标系中的关节轴。对于旋转关节或连续关节而言就是其旋转轴，对于棱柱关节而言就是其平移滑动轴，对于平面关节而言就是其表面法线。轴是在关节参考坐标系中指定的。固定关节和浮动关节不会使用axis字段。

具有一个必须指定的子元素xyz，用于指定关节轴，其值是一个向量，该向量的3个分量分别对应xyz三个轴，且该向量必须是一个归一化的向量，即只有其中1个分量的值为1，其余2个分量的值均为0。

5、<calibration>子元素

可选子元素，用于指定关节的参考位置，该参考位置会用于校准关节的绝对位置。

此子元素具有以下2个可选属性：

（1）rising

当关节向正方向移动时，此参考位置将会触发上升。

（2）falling

当关节向反方向移动时，此参考位置将会触发下降。

6、<dynamics>子元素

可选子元素，用于指定关节的物理（动力学）属性。这些元素的值用于指定关节的建模属性，对仿真特别有用。

此子元素具有以下2个可选属性：

（1）damping

可选属性，默认值为0。用于指定关节的物理阻尼值。

（2）friction

可选属性，默认值为0。用于指定关节的物理静摩擦。

7、<limit>子元素

仅对旋转关节和棱柱关节是必须的，用于指定关节限制。此子元素可以包含以下属性：

一个<limit>子元素可以含有以下属性：

（1）lower属性

可选属性，默认值为0。该属性用于指定关节的下限值（对于旋转关节而言其单位为弧度，而对于棱柱关节而言其单位为米）。如果是连续关节，则会省略此属性。

（2）upper属性

可选属性，默认值为0。该属性用于指定关节的上限值（对于旋转关节而言其单位为弧度，而对于棱柱关节而言其单位为米）。如果是连续关节，则会省略此属性。

（3）effort属性

必选属性，用于强制执行关节最大作用力。参见safety limits。

（4）velocity属性

必选属性，用于强制执行关节最大速度。参见safety limits。

8、<mimic>子元素

可选子元素，是ROS Groovy及其后续发行版的新元素。

此标签用于指定某个定义的关节模仿另一个现有关节。此关节的值可以用公式value = multiplier * other_joint_value + offset进行计算。 该子元素具有以下预期和可选属性：

（1）joint属性

必选属性，用于指定要模仿的关节名称。

（2）multiplier属性

可选属性，用于指定上述计算公式中的乘数。

（3）offset属性

可选属性，用于指定要添加到上述计算公式中的偏移量。默认值为0（对旋转关节而言其单位为弧度，对棱柱关节而言其单位为米）。

9、<safety_controller>子元素

可选子元素，可以含有以下属性：

（1）soft_lower_limit属性

可选属性，默认值为0。该属性用于指定关节的下限（边界），安全控制器将会从该下限值开始限制关节的位置。这个限制值要大于关节<limit>元素的lower属性值（见上文）。有关更多详细信息，请参阅安全限制。

（2）soft_upper_limit属性

可选属性，默认值为0。该属性用于指定关节的上限（边界），安全控制器将会从该上限值开始限制关节的位置。这个限制值要小于关节<limit>元素的upper属性值（见上文）。有关更多详细信息，请参阅安全限制。

（3）k_position属性

可选属性，默认值为0。该属性用于指定位置和速度限制之间的关系。有关更多详细信息，请参阅安全限制。

（4）k_velocity属性

必选属性，用于指定作用力（effort）和速度限制之间的关系。有关更多详细信息，请参阅安全限制。

英语原文地址：wiki.ros.org/urdf/XML