机器人控制系列教程之URDF自动生成工具

URDF文件的编写较为复杂，ROS官方提供了URDF的SolidWorks插件，可方便地将 SW 零件和装配体导出为 URDF 文件。导出器将创建一个类似 ROS 的软件包，其中包含网格、纹理和机器人（URDF 文件）目录。对于单一的 SolidWorks 零件，零件导出器将提取材料属性并在 URDF 中创建一个链接。对于装配体，导出器将根据 SW 装配体层次结构建立链接并创建树形结构。导出器可自动确定适当的连接类型、连接变换和轴。可以通过SolidWorks直接生成可用的URDF描述文件。

工具下载及安装

solidworks_urdf_exporter插件适配了多个版本的SolidWorks软件，具体需要下载那个版本可通过这个链接：
https://github.com/ros/solidworks_urdf_exporter/releases，自行下载。需要注意的是Windows系统下面只需要下载.exe文件，双击运行安装即可。

安装完成后，打开SolidWorks软件在“工具->Tools”中即可看到该插件

机器人三维模型运动副定义

笔者本次使用的机器人为一个六自由度的串联机器人，该三维模型可通过如下链接进行下载。链接：https://pan.baidu.com/s/1ANM1Vhj2lCB0Knc0uukvnQ?pwd=tech，提取码：tech。下载的所有文件如下图所示：

你可在SW（SolidWorks）软件中新建一个装配体文件，一次导入Base.SLDPRT、Link_1.SLDPRT、Link_2.SLDPRT、Link_3.SLDPRT、Link_4.SLDPRT、Link_5.SLDPRT、Link_6.SLDPRT、Link_7.SLDPRT各部件，在每个部件的导入过程中定义各个部件的运动副，这个机器人中的运动副均为旋转幅。

URDF文件导出设置

在“工具->Tools->Export as URDF”中打开刚才安装的插件。或者直接在右上角搜索框输入urdf，比较方便。设置base_link(可自定义修改)。修改图中与base_link相连link个数时会在下方创建Empty_link，由于我已经设置成了Link_1，所以名称不一样。

其中，“Global Origin Coordinate System”建议选择“Automatically Generate”表示程序自动生成，鼠标点击“Automatically Generate”下方的矩形框，再点击机器人的Base部件，矩形框下方的数量设置为1，表示与该部件链接的部件有1个，即可将该部件设置完成。
同理，鼠标点击下方部件树中的Link_1部件，即可弹出Link_1部件的相关设置如下：

其中，最上方可自定义设置部件的名称和关节名称，“Reference Coordinate System”相关坐标系选择对应的“Origin_Joint_1”，“Reference Axis”相关坐标轴选择为“Automatically Generate”，当然也可以直接自行选择，“Joint Type”选择为“Automatically Detect”表示自动检测，但有时会检测错误，所以这里我们选择revolute，因为我们在前期搭建机器人装配体的时候已经设置了关节的类型。其余设置均与上述Base部件中的设置相同。
以此类推，将所有的部件设置完成，即可看到完整的部件树如下，需要注意的是这个机器人中末端的手部是由两个部件组成的，所以在设置Link_5的时候需要将所属的子部件选择为2，并且手部两个部件之间是平移副的形式，在“Joint Type”中应该选择“prismatic”

然后鼠标单击“Preview and Export”预览并导出，此时，SW软件将进入短暂的计算时间。

计算完成后，将弹出如下界面：

您可点选各个关节，设置他们的角度的范围、摩擦系数、阻尼系数以及对应控制器的软限位等等，注：角度的范围必须设置不然无法进行后续的控制器搭建，也无法导入Simulink中，设置完成之后，点击右下角的“Next”，即可进入下一步部件的属性设置，同理，您可点击各个部件来设置他们的位置、角度、转动惯量、显示效果等等。

设置完成之后，右下角可以看到有两个选择：只导出URDF文件和导出URDF文件和网格数据，这两个区别就在于是否导出实体的网格数据，建议选择导出URDF文件和网格数据。选择文件夹后即可导出。

导出文件解析

导出之后的文件夹如下图所示。

其中：

config：该文件夹包含一个 "joint names_YourPackageName.yml "文件，包含在生成的 URDF 文件中可用的关节点名称。
launch：该文件夹包含两个文件。"display.launch "用于在 Rviz 中打开机器人。gazebo.launch "用于在 GAZEBO 中启动机器人。
meshhes：此文件夹包含机器人所有链接的".stl "文件。若在上一步中选择只导出URDF文，则此文件为空。
textures：此文件夹为空。
URDF：此文件夹包含机器人的 URDF 文件(见本文附录)。对机器人的描述，包含链接、关节、关节位置和运动范围、质量属性、惯性属性等信息。此外，该文件夹还包含一个 S_RobotAsm.csv 文件。
CMakeLists.txt：该文件是 CMake 编译系统的输入文件，用于构建软件包。描述了如何构建代码以及在何处安装。或更改此文件中的代码顺序。
export：包含在 SOLIDWORKS 中创建软件包时生成的日志。
package.xml：该文件定义了有关软件包的属性，例如软件包名称、版本号、作者、维护者以及与其他 catkin 软件包的依赖关系。

导入MATLAB软件

到开MATLAB软件进入到导出的这个文件夹路径下，在命令行窗口输入show(importrobot('urdf/S_Robot_urdf.urdf')),即可显示出该机器人模型如下图所示。

另外，若需要导入到Simulink中可在命令行中输入smimport('urdf/S_Robot_urdf.urdf')，MATLAB将自动打开Simulink以Simscape模块的形式生成模型文件，如下图所示。