URDF（Unified Robot Description Format）是一种基于XML的格式，用于描述机器人模型的结构、关节、连杆和传感器信息，并可以与Gazebo、RViz等仿真环境结合使用。
一、基础语法
1. urdf文件组成
URDF 主要由以下几个核心元素（标签）组成：
（1）一级标签（根标签）
<robot> <!--根标签-->（2）二级标签
根标签是
robot，而二级标签通常是在robot标签内定义的具体组件和元素。以下是一些常见的二级标签：<link> <!-- 定义一个刚体部分 --> <joint> <!-- 定义两个链接之间的连接及其运动方式 --> <sensor> <!-- 定义传感器 --> <transmission> <!-- 定义传动方式，主要用于控制器与电机连接 --> <material> <!-- 定义材质属性 --> <geometry> <!-- 定义几何形状，用于可视化 --> <visual> <!-- 定义视觉表示，用于渲染和模拟 --> <collision> <!-- 定义碰撞体积，用于物理引擎 --> <inertial> <!-- 定义惯性矩阵，用于物理仿真 --> <frame> <!-- 定义坐标系 -->（3）三级标签
在 URDF 中，三级标签通常是用于具体配置和描述某个二级标签的更多详细信息。以下是一些常见的三级标签，它们一般位于二级标签内部。
<geometry> <!-- 用于定义物体的几何形状 --> <box> <!-- 定义立方体的几何形状 --> <cylinder> <!-- 定义圆柱体的几何形状 --> <sphere> <!-- 定义球形几何形状 --> <mesh> <!-- 定义网格形状 --> </geometry> <visual> <!-- 定义可视化表示 --> <material> <!-- 定义可视化的材质 --> <ambient> <!-- 环境光 --> <diffuse> <!-- 漫反射光 --> <specular> <!-- 高光反射 --> </material> </visual> <collision> <!-- 定义碰撞体积 --> <geometry> <!-- 定义碰撞体积的几何形状 --> <box> <!-- 立方体 --> <cylinder><!-- 圆柱体 --> <sphere> <!-- 球体 --> </geometry> </collision> <inertial> <!-- 定义惯性属性 --> <mass> <!-- 质量 --> <inertia> <!-- 惯性矩阵 --> </inertial> <origin> <!-- 定义元素在坐标系中的位置和姿态 --> <xyz> <!-- 定义位置 --> <rpy> <!-- 定义旋转角度 --> </origin> <transmission> <!-- 定义传动系统 --> <actuator> <!-- 定义执行器 --> <hardwareInterface> <!-- 定义硬件接口 --> </actuator> </transmission>
2. <robot>根标签
URDF 中为了保证 XML 语法的完整性，使用
<robot>标签作为根标签，所有的<link>和<joint>以及其他标签都必须包含在<robot>标签内。在该标签内，可以通过name属性设置机器人模型的名称。所有其他标签（如<link>、<joint>、<material>、<transmission>等）都是<robot>的子级标签。<?xml version="1.0"?> <robot name="simple_robot"> <!-- 名称自定 --> <!-- 这里是机器人模型的内容 --> </robot>
3. <link> 和 <joint>
简述：在机器人模型中，link1 和 link2 分别代表类似于人的大臂和小臂的刚体部分，而 joint 则类似于肘关节，负责连接这两个部件并允许它们相对运动（例如，肘部的弯曲）。
（1）<link>
link代表机器人中的一个刚性部件，例如机械臂的一个关节、轮式机器人的车轮等。link主要包含以下元素：
<inertial>：描述link的惯性，包括质量、质心和惯性矩阵。<visual>：定义link的外观（几何形状、颜色、材质）。<collision>：定义物理仿真中link的碰撞形状（通常比visual简化）。<?xml version="1.0"?> <robot name="simple_robot"> <!-- 定义一个 link --> <link name="simple_link"> <!-- 定义惯性属性 --> <inertial> <mass value="1.0"/> <!-- 质量 --> <origin xyz="0 0 0"/> <!-- 相对坐标 --> <inertia ixx="0.1" iyy="0.1" izz="0.1" ixy="0" ixz="0" iyz="0"/> <!-- 惯性矩阵 --> </inertial> <!-- 定义可视化属性 --> <visual> <geometry> <box size="1 1 1"/> <!-- 立方体形状，尺寸为 1x1x1 --> </geometry> <material name="green"/> <!-- 绿色 --> </visual> <!-- 定义碰撞属性 --> <collision> <geometry> <box size="1 1 1"/> <!-- 碰撞盒子，尺寸为 1x1x1 --> </geometry> </collision> </link> </robot>
（2）<joint>
joint用于连接两个link，并定义它们的相对运动方式，例如固定连接、旋转或滑动等。joint主要包含以下元素：
<parent>：定义joint连接的父link。<child>：定义joint连接的子link。<type>：定义joint的类型（fixed、revolute、prismatic、continuous等）。
<origin>：定义joint相对于parent的初始位置。<axis>（可选）：如果是revolute或prismatic关节，则定义运动轴。<limit>（可选）：定义joint的运动范围、速度和力矩限制。<?xml version="1.0"?> <robot name="simple_robot"> <!-- 第一个 link --> <link name="link1"> <visual> <geometry> <box size="1 1 1"/> </geometry> </visual> </link> <!-- 第二个 link --> <link name="link2"> <visual> <geometry> <box size="1 1 1"/> </geometry> </visual> </link> <!-- 定义关节，连接 link1 和 link2 --> <joint name="simple_joint" type="revolute"> <parent link="link1"/> <child link="link2"/> <axis xyz="0 1 0"/> <!-- 旋转轴：绕 y 轴旋转 --> <limit lower="-1.57" upper="1.57" effort="10" velocity="1"/> <!-- 旋转范围限制 --> </joint> </robot>
4. <sensor>
<sensor>标签在 URDF 中用于定义机器人上的传感器，例如激光雷达、相机、IMU（惯性测量单元）等。传感器用于模拟机器人感知环境的能力，在 Gazebo 等仿真环境中非常常见。传感器类型如下所示：<sensor type="camera"/> <!-- 相机传感器 --> <sensor type="ray"/> <!-- 激光雷达传感器 --> <sensor type="proximity"/> <!-- 接近传感器 --> <sensor type="imu"/> <!-- 惯性测量单元传感器 --> <sensor type="force_torque"/> <!-- 力与扭矩传感器 --> <sensor type="gps"/> <!-- 全球定位系统传感器 --> <sensor type="contact"/> <!-- 接触传感器 --> <sensor type="barometer"/> <!-- 气压计传感器 --> <sensor type="ultrasonic"/> <!-- 超声波传感器 --> <sensor type="range"/> <!-- 距离传感器 -->不同类型的传感器（如相机、IMU、激光雷达等）会有不同的子标签和配置项，具体内容会根据传感器的类型而变化。这里将不太过多介绍标签，详细查看其他博客，这里主要是为了让读者了解其结构框架。激光雷达传感器如下所示：
<robot name="example_robot"> <!-- 定义一个 Link --> <link name="base_link"> <visual> <geometry> <box size="1 1 1"/> </geometry> </visual> </link> <!-- 定义一个传感器 (激光雷达) --> <sensor name="laser_sensor" type="ray"> <origin xyz="0 0 1" rpy="0 0 0"/> <!-- 定义传感器相对于 link 的位置和姿态 --> <ray> <scan> <horizontal> <samples value="720"/> <!-- 扫描样本数量 --> <resolution value="1"/> <!-- 扫描分辨率 --> <min_angle value="-1.5708"/> <!-- 最小扫描角度 (单位: 弧度) --> <max_angle value="1.5708"/> <!-- 最大扫描角度 (单位: 弧度) --> </horizontal> </scan> <range> <min value="0.1"/> <!-- 最小测距距离 --> <max value="10.0"/> <!-- 最大测距距离 --> <resolution value="0.01"/> <!-- 测距分辨率 --> </range> </ray> </sensor> </robot>
<sensor>标签
这是根标签，定义了一个传感器的相关信息。
name：传感器的名称（在本例中为laser_sensor）。type：传感器的类型（在本例中为ray，表示激光雷达）。
<origin>标签
这个标签定义了传感器相对于父link的位置和姿态。
xyz="0 0 1"：表示传感器在父link坐标系中的位置。x、y和z表示位置的偏移量。rpy="0 0 0"：表示传感器的旋转姿态，rpy表示滚转（roll）、俯仰（pitch）、偏航（yaw）的角度，这里都是 0，表示没有旋转。
<ray>标签
这个标签用于定义激光传感器的具体扫描行为。
<scan>标签：定义扫描的相关参数。
<horizontal>标签：定义水平扫描的参数。
<range>标签：定义传感器的测距范围。
二、 使用launch文件启动rviz查看机器人模型
注意：什么类型的文件就要放在功能包的什么目录下，没有则手动创建该目录。
1. 编写机器人模型的urdf文件。
my_car.urdf
<?xml version="1.0" ?>
<robot name="my_robot">
<!-- 材质 -->
<material name="blue">
<color rgba="0.0 0.0 1.0 1.0"/>
</material>
<material name="black">
<color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0"/>
</material>
<!-- 机器人主体 -->
<link name="base_link">
<visual>
<geometry>
<box size="0.4 0.3 0.2"/>
</geometry>
<material name="blue"/>
</visual>
</link>
<!-- 左右轮子 -->
<link name="wheel_left">
<visual>
<geometry>
<cylinder radius="0.05" length="0.02"/>
</geometry>
<material name="black"/>
</visual>
</link>
<link name="wheel_right">
<visual>
<geometry>
<cylinder radius="0.05" length="0.02"/>
</geometry>
<material name="black"/>
</visual>
</link>
<!-- 摄像头 -->
<link name="camera_link">
<visual>
<geometry>
<box size="0.1 0.1 0.1"/>
</geometry>
<material name="black"/>
</visual>
</link>
<!-- 前轮（万向轮） -->
<link name="front_wheel">
<visual>
<geometry>
<cylinder radius="0.05" length="0.02"/> <!-- 更改为圆形 -->
</geometry>
<material name="black"/>
</visual>
</link>
<!-- 轮子关节（旋转类型） -->
<joint name="wheel_left_joint" type="revolute">
<parent link="base_link"/>
<child link="wheel_left"/>
<origin xyz="-0.1 -0.15 -0.1" rpy="1.5708 0 0"/> <!-- 旋转90° -->
<axis xyz="0 0 1"/> <!-- 旋转轴设置为X轴，确保向前滚动 -->
<limit effort="100" velocity="1.0" lower="-1.0" upper="1.0"/>
</joint>
<joint name="wheel_right_joint" type="revolute">
<parent link="base_link"/>
<child link="wheel_right"/>
<origin xyz="-0.1 0.15 -0.1" rpy="1.5708 0 0"/>
<axis xyz="0 0 1"/> <!-- 旋转轴设置为X轴，确保向前滚动 -->
<limit effort="100" velocity="1.0" lower="-1.0" upper="1.0"/>
</joint>
<!-- 摄像头关节（固定） -->
<joint name="camera_joint" type="fixed">
<parent link="base_link"/>
<child link="camera_link"/>
<origin xyz="0.1 0 0.15"/>
</joint>
<!-- 前轮关节（固定） -->
<joint name="front_wheel_joint" type="fixed">
<parent link="base_link"/>
<child link="front_wheel"/>
<!-- 将z坐标调整为-0.12，确保万向轮能挨到地面 -->
<origin xyz="0.15 0 -0.12" rpy="1.5708 0 0"/>
</joint>
</robot>2. 编写launch文件。
mycar_rviz.launch
<launch>
<!-- 传入参数，决定是否启用图形界面 -->
<arg name="gui" default="true" />
<!-- 加载 URDF 机器人模型 -->
<param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find robot_vslam)/urdf/my_car.urdf"/>
<!-- 机器人状态发布器 -->
<node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher">
<param name="use_sim_time" value="false"/>
</node>
<!-- 关节状态发布器（如果机器人有 Revolute/Prismatic 关节） -->
<node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher">
<param name="use_gui" value="false"/> <!-- 这里设置为 false，避免重复图形化界面 -->
</node>
<!-- 关节状态发布器图形界面（可选，基于 "gui" 参数） -->
<node name="joint_state_publisher_gui" pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" if="$(arg gui)" />
<!-- 启动 RViz -->
<node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" required="true">
<param name="config" value="$(find robot_vslam)/rviz/robot.rviz"/>
</node>
</launch>
3. 运行launch，查看效果。
运行完后，界面中没有机器人模型，我们需要先添加模型。
