怎么用SolidWorks把3D模型转换成URDF文件格式?

发布时间:2016年12月29日 14:11:02    浏览数:5076次    来自:adm1n
首先,URDF是ROS中使用的一种机器人描述文件,它以HTML的形式定义一个机器人。包含的内容有:连杆、关节名称,运动学参数、动力学参数、可视化模型、碰撞检测模型等。那么,如何建立URDF文件呢? ... ... ...

本文作者qqfly,上海交通大学机器人所博士生,本科毕业于清华大学机械工程系,主要研究方向机器视觉与运动规划,首发作者微信公众号:Nao(ID:qRobotics),ROSClub已获授权。

在知乎上看到有人问这个问题,正好接着上周微信公众号的内容运动规划 | MoveIt篇讲,顺手填个坑。

首先,URDF(Unified Robot Description Format)是ROS中使用的一种机器人描述文件,它以HTML的形式定义一个机器人。包含的内容有:连杆、关节名称,运动学参数、动力学参数、可视化模型、碰撞检测模型等。

那么,如何建立URDF文件呢?
一)初级篇
ROS目前提供了SolidWorks转URDF的插件,叫做sw_urdf_exporter
(密码:I8dB)

官网地址:http://wiki.ros.org/sw_urdf_exporter

当然,你的源文件现在在Pro-E中,这个问题不大,可以用IGS或者STEP等格式转换成SolidWorks可以打开的格式(装配体的相对位置还在,但装配关系会丢掉)。之后就可以继续操作了。
这个真的简单易用,你安装好SolidWorks后,再安装这个插件,重新打开SW,你就会发现里面多了一个叫做SW2URDF的插件,勾选启用之。

如上图操作之后就可以进入这个插件的界面:

如上图所示,你可以设置每个连杆、关节名称、对应的模型文件、属性、旋转轴、参考坐标系(可以采用自己预先定义的坐标系,也可以自动生成)等。

当你设置好所有连杆后,点击Preview and Export,便会自动生成各坐标轴(如果没有自己预先指定的话)

之后会弹出让你具体设置连杆与关节参数的界面:

结束之后,便会生成一个package,包含launch文件,每个连杆STL文件,URDF文件,纹理(没用过)。

这个package是可以直接在ROS中运行的。效果如图:

(我好像少设置了一个关节)

二)进阶篇/强迫症篇
上面初级篇可能存在几个问题:

  • 模型无纹理(只能指定整个零件颜色,零件无纹理)

  • 在双臂机器人(树状结构)上经常出错

  • 不能用于并机器人(闭链结构)

  • 可视化模型与碰撞模型相同

  • 容易引入不必要的误差(参数完全不符合设计参数,pi的引入等)

所以,进阶篇简单说说怎么自己写一个一看就很厉害的URDF。
首先,要了解URDF文件的书写格式:

以上几个是我平时会用到的URDF内容。其实很简单,只需要按照html的tag来写每部分的内容即可。包括相应模型文件的位置等。

之后就可以开始动手写了。这个难度不大,我就直接说如何解决上面提到的几个问题吧:

  • 模型无纹理(只能指定整个零件颜色,零件无纹理)

ROS的URDF目前只支持两种格式的模型文件,STL与DAE。我们都知道,STL文件只记录了文件的三维坐标信息,没有纹理信息。DAE则是另一种xml格式的模型文件,可以包含文件的纹理等信息。所以我们的关注点就在于如何从SolidWorks等3D建模软件中导出纹理的dae文件。
我尝试过无数种方法后,最终确定的一条有效方法如下:

  • 在双臂机器人(树状结构)上经常出错

自己写就好了,但是对于多臂机器人,如果每条臂构型一样的话,可以考虑采用xacro格式来写,这样可以大大减少工作量。
例如,我写的这个SDA5F机器人的模型文件,两条臂采用的是同一个xacro文件。

  • 不能用于并机器人(闭链结构)

将闭链的其中一个关节描述成mimic_joint,转换成串联或树状结构。

  • 可视化模型与碰撞模型相同

URDF可以单独指定可视化模型与碰撞模型。我们正好对两者有不同的需求:
可视化模型:尽量精细、漂亮,最好与实际机器人尺寸相同;
碰撞模型:尽量精简、可以适当大于机器人尺寸。
所以,在自己写URDF的时候可以充分利用这一特性。

  • 容易引入不必要的误差(参数完全不符合设计参数,pi的引入等)

因为在写URDF的时候,我们需要指定不同连杆之间的初始相对位置。如果两者的坐标系存在姿态偏差的话,我们就会引入弧度值,尤其是无理数3.141592654的引入。
这时候有两种做法:
a) 在blender中将所有连杆的坐标系设置成同向(所有关节0°时),这样你在URDF中装配的时候就没有pi了;
b) 采用xacro可参数化的特点,定义一个常数变量pi=3.14159265359(甚至更高精度都可以),这样既精简又可靠。

最后,秀一波我做的SDA5F模型:


标签: urdf 模型

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