第3章 第一个URDF模型：创建最简单的连杆、理解link标签、使用Rviz可视化

说实话，每次带新人入门URDF，我都是从这一章开始的。因为只有亲手写出一个能动的模型，你才能真正理解机器人描述文件到底在干什么。这一章我们只做一件事：创建一个最简单的连杆，然后用Rviz把它显示出来。不涉及关节，不涉及运动学，就一个孤零零的零件——但别小看它，这是你整个机器人模型的基石。

3.1 创建一个最简单的URDF文件

我个人习惯把每个实验都放在独立的包里。先创建一个功能包，名字就叫 my_first_robot，依赖 urdf 和 rviz2（如果你用ROS2）。当然，ROS1也一样，只是包名略有不同。

cd ~/ros2_ws/src
ros2 pkg create my_first_robot --build-type ament_cmake
cd my_first_robot
mkdir urdf

然后在 urdf/ 目录下新建文件 simple_link.urdf。嗯，这里要注意：文件名最好全小写，不要有空格，否则后面解析容易出一些莫名其妙的错。我曾经因为文件名里带了个大写字母，排查了半天……

打开文件，写入下面这段代码。这是你能写出的最简URDF——只有一个连杆，没有关节。

<?xml version="1.0"?>
<robot name="simple_robot">
    <link name="base_link">
        <visual>
            <geometry>
                <box size="0.4 0.2 0.1"/>
            </geometry>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
            <material name="blue">
                <color rgba="0.2 0.5 0.8 1.0"/>
            </material>
        </visual>
    </link>
</robot>

你看，整个文件就一个 <robot> 根标签，里面包了一个 <link>。这个 base_link 就是我们的第一个零件——一个长0.4米、宽0.2米、高0.1米的蓝色方块。

3.2 理解 link 标签的结构

说白了，<link> 就是描述机器人身上的一个刚体零件。它有三个主要子标签，但这一章我们只用到 <visual>。

• <visual> —— 视觉外观。定义这个零件长什么样，用什么颜色，在什么位置。Rviz里看到的就是它。
• <collision> —— 碰撞模型。物理引擎用这个算碰撞，可以比视觉模型更简单（比如用长方体代替复杂网格）。
• <inertial> —— 惯性参数。质量、惯性矩阵，Gazebo仿真必须，纯可视化可以省略。

在 <visual> 内部，我们用了三个子标签：

子标签	作用	常用取值
<geometry>	几何形状	box, cylinder, sphere, mesh
<origin>	相对连杆原点的偏移和旋转	xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"
<material>	材质颜色	name="blue" + color rgba

你想想看，<origin> 如果不写，默认就是零偏移。但如果你想让方块的中心不在连杆原点，就可以调整 xyz。比如 xyz="0.2 0 0" 会让方块沿X轴偏移0.2米。

3.3 用Rviz可视化你的第一个模型

文件写好了，怎么看到它？Rviz 是 ROS 生态里最常用的可视化工具。我们需要一个启动文件来加载URDF并发布到话题上。

在 my_first_robot 包下创建 launch 目录，新建 display.launch.py（ROS2）或 display.launch（ROS1）。这里我用ROS2的Python启动文件举例：

import os
from ament_index_python.packages import get_package_share_directory
from launch import LaunchDescription
from launch_ros.actions import Node

def generate_launch_description():
    urdf_path = os.path.join(
        get_package_share_directory('my_first_robot'),
        'urdf',
        'simple_link.urdf'
    )
    return LaunchDescription([
        Node(
            package='robot_state_publisher',
            executable='robot_state_publisher',
            arguments=[urdf_path]
        ),
        Node(
            package='rviz2',
            executable='rviz2',
            name='rviz2'
        )
    ])

启动之后，Rviz 会弹出来。左侧面板找到 Fixed Frame，输入 base_link。然后点击左下角的 Add，选择 RobotModel。你应该立刻看到一个蓝色的方块出现在网格中央。

3.4 调整视角与颜色

在Rviz里，你可以用鼠标中键平移，右键旋转，滚轮缩放。试着从各个角度观察你的第一个连杆。如果觉得蓝色太深，可以修改URDF里的 <color> 值。比如改成 rgba="0.8 0.2 0.2 1.0" 就是红色。

我个人习惯把颜色调得鲜艳一点，这样在复杂模型中容易区分不同零件。但注意，rgba 的四个值范围是0到1，不是0到255。很多新手在这里写255，结果颜色全白——嗯，我也犯过这个错。