4、连杆（link）详解

连杆，说白了就是机器人身上的每一个“硬块”。底盘、轮子、手臂、摄像头支架……统统都是 link。我刚开始学URDF时，总觉得link就是画个方块，后来才发现——惯性、碰撞、视觉，每个子标签都藏着坑。今天咱们就把link的骨架拆开，一个一个讲透。

4.1 link 标签的骨架

一个完整的 <link> 长这样：

<link name="base_link">
    <inertial> ... </inertial>
    <visual> ... </visual>
    <collision> ... </collision>
</link>

嗯，结构不复杂。但每个子标签里的门道，够你琢磨一阵子。我个人习惯是先写 visual，再补 collision，最后才填 inertial。为什么？因为视觉上能看到形状，碰撞可以复制视觉的几何，惯性则需要单独算——这个顺序不容易漏。

4.2 惯性参数（inertial）—— 物理仿真的灵魂

如果你只在 Rviz 里看模型，inertial 可以随便写。但一旦扔进 Gazebo 或别的物理引擎，惯性参数错了，机器人会像纸片一样飘，或者原地抖成筛子。我曾经在一个四轮底盘项目里，因为惯性张量少写了一个零，车子一加速直接翻跟头……

<inertial> 包含三个部分：

• mass —— 质量，单位 kg。别写太大也别太小，真实值最好。
• origin —— 惯性坐标系相对于 link 坐标系的偏移。一般用默认 xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" 就够。
• inertia —— 惯性张量，6 个独立分量：ixx, ixy, ixz, iyy, iyz, izz。单位 kg·m²。

<inertial>
    <mass value="2.5"/>
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
    <inertia ixx="0.012" ixy="0" ixz="0"
             iyy="0.024" iyz="0" izz="0.024"/>
</inertial>

注意：ixy, ixz, iyz 如果物体对称且坐标系在质心，通常填 0。但如果你把 origin 偏移了，这些值可能非零。别偷懒，算一下。

4.3 视觉参数（visual）—— 你看到的样子

visual 只负责“看起来像什么”，不影响物理碰撞。它包含：

• geometry —— 形状。常用 <box>, <cylinder>, <sphere>, <mesh>。
• origin —— 几何体相对于 link 坐标系的位姿。
• material —— 颜色/纹理。可以用 <color rgba="..."/> 或引用已有 material。

举个例子，一个红色圆柱体：

<visual>
    <geometry>
        <cylinder radius="0.1" length="0.3"/>
    </geometry>
    <origin xyz="0 0 0.15" rpy="0 0 0"/>
    <material name="red">
        <color rgba="1 0 0 1"/>
    </material>
</visual>

4.4 碰撞参数（collision）—— 物理引擎的“触觉”

collision 的结构和 visual 几乎一样，也有 geometry 和 origin。但它的形状可以比 visual 更简化。比如一个复杂的机械臂末端，visual 用精细的 STL 网格，collision 就用一个球体或立方体包起来。为什么？碰撞检测越简单，仿真跑得越快。

我曾经犯过一个错：直接把 visual 的 mesh 复制给 collision，结果 Gazebo 卡成 PPT。后来我把碰撞形状换成粗略的圆柱，速度直接提升 5 倍。

<collision>
    <geometry>
        <box size="0.2 0.15 0.1"/>
    </geometry>
    <origin xyz="0 0 0.05" rpy="0 0 0"/>
</collision>

4.5 三个参数如何配合？一张表说清楚

参数	作用域	是否必须	典型值/建议
inertial	物理仿真	强烈推荐	质量按实际，惯性张量用公式或软件算
visual	可视化	通常需要	用 box/cylinder/mesh，颜色分明
collision	碰撞检测	推荐提供	尽量用简单几何体，包络住 visual

你想想看，如果只写 visual 不写 collision，物理引擎会默认没有碰撞形状——机器人会直接穿过地面。反过来，只写 collision 不写 visual，你在 Rviz 里就看不见它。所以一般三个都写，各司其职。

4.6 避坑指南 & 个人经验

• 惯性张量别用默认值。 我曾经见过有人把所有 link 的 inertia 写成 ixx="0.01" iyy="0.01" izz="0.01"，结果机器人像在水里游泳。每个连杆的形状不同，张量必须单独算。
• visual 和 collision 的几何中心。 如果 link 的原点不在几何中心，记得用 origin 偏移。比如轮子，原点在轴心，但圆柱体中心在几何中点，需要把 origin 的 z 偏移半个长度。
• 材质名称全局唯一。 不同 link 用相同材质名，颜色会互相覆盖。我习惯用 material_底盘、material_手臂 这样区分。

好了，link 的里里外外就这些。下一章咱们聊关节——连杆之间怎么连、怎么动，那才是机器人建模的关节（字面意思）。