4. 实战：搭建一个两轮差速底盘

好，咱们直接动手。这一章我会带你从零开始，搭一个两轮差速底盘的 URDF 模型。底盘 link 怎么设计？轮子的 joint 怎么配？最后怎么在 RViz 里检查？一条龙走完。

我个人习惯先把整体结构想清楚，再写代码。差速底盘说白了就是两个主动轮 + 一个万向轮（或者从动轮），靠左右轮的速度差来转向。你想想看，扫地机器人、AGV 小车，基本都是这个套路。

4.1 底盘 link 设计

底盘是机器人的身体，所有轮子、传感器都挂在它上面。我一般用 base_link 作为根 link。形状嘛，简单点就用 box，尺寸根据实际小车来。

下面是一个典型的底盘 link 定义。注意，我习惯把原点放在底盘几何中心，这样轮子坐标算起来方便。

<link name="base_link">
  <visual>
    <geometry>
      <box size="0.4 0.3 0.08"/>
    </geometry>
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
    <material name="blue">
      <color rgba="0.2 0.4 0.9 1.0"/>
    </material>
  </visual>
  <collision>
    <geometry>
      <box size="0.4 0.3 0.08"/>
    </geometry>
  </collision>
  <inertial>
    <mass value="2.0"/>
    <inertia ixx="0.01" ixy="0" ixz="0" iyy="0.01" iyz="0" izz="0.02"/>
  </inertial>
</link>

这里我用了 box 几何，长 0.4m，宽 0.3m，高 0.08m。碰撞和视觉保持一致，省得后面仿真出幺蛾子。惯性参数我给了个粗略值，真要做实物你得用 CAD 算一下。

4.2 车轮 joint 配置

差速底盘的两个主动轮，一般用 continuous 类型的 joint，可以绕 Y 轴无限旋转。万向轮用 fixed 或者 continuous 都行，这里我用 fixed 简化。

先看左轮 joint。我记得第一次配轮子时，坐标算反了，小车原地转圈……后来学乖了，画个草图再写。

<joint name="left_wheel_joint" type="continuous">
  <parent link="base_link"/>
  <child link="left_wheel"/>
  <origin xyz="-0.15 0.2 -0.04" rpy="0 0 0"/>
  <axis xyz="0 1 0"/>
</joint>

解释一下：xyz 里 -0.15 是沿 X 向后（我习惯把车头朝 X 正方向），0.2 是向左偏移（Y 正方向），-0.04 是让轮子中心比底盘底面低一点，刚好露出半个轮子。轴是 Y 轴，这样轮子才能转起来。

右轮对称，把 Y 改成负的：

<joint name="right_wheel_joint" type="continuous">
  <parent link="base_link"/>
  <child link="right_wheel"/>
  <origin xyz="-0.15 -0.2 -0.04" rpy="0 0 0"/>
  <axis xyz="0 1 0"/>
</joint>

万向轮我放在底盘后方中间：

<joint name="caster_wheel_joint" type="fixed">
  <parent link="base_link"/>
  <child link="caster_wheel"/>
  <origin xyz="0.15 0.0 -0.06" rpy="0 0 0"/>
</joint>

注意，万向轮一般比主动轮小一点，所以 z 方向更低，保证它着地。

4.3 轮子 link 定义

轮子用圆柱体。左轮和右轮除了名字和颜色，其他一样。我直接贴左轮：

<link name="left_wheel">
  <visual>
    <geometry>
      <cylinder radius="0.05" length="0.04"/>
    </geometry>
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
    <material name="black">
      <color rgba="0.1 0.1 0.1 1.0"/>
    </material>
  </visual>
  <collision>
    <geometry>
      <cylinder radius="0.05" length="0.04"/>
    </geometry>
  </collision>
  <inertial>
    <mass value="0.2"/>
    <inertia ixx="0.0001" ixy="0" ixz="0" iyy="0.0001" iyz="0" izz="0.0002"/>
  </inertial>
</link>

右轮复制一份，把 link name 改成 right_wheel，颜色可以换成灰色以示区分。万向轮我用小球代替：

<link name="caster_wheel">
  <visual>
    <geometry>
      <sphere radius="0.03"/>
    </geometry>
    <material name="silver">
      <color rgba="0.7 0.7 0.7 1.0"/>
    </material>
  </visual>
  <collision>
    <geometry>
      <sphere radius="0.03"/>
    </geometry>
  </collision>
  <inertial>
    <mass value="0.05"/>
    <inertia ixx="0.00001" ixy="0" ixz="0" iyy="0.00001" iyz="0" izz="0.00001"/>
  </inertial>
</link>

4.4 可视化检查

写完了别急着高兴，一定要用 RViz 看一眼。我每次都会踩到一些低级错误，比如 joint 轴方向反了、轮子悬空。

启动检查三步走：

1. 保存 URDF 文件，比如 diff_drive.urdf。
2. 终端运行 check_urdf diff_drive.urdf，看有没有语法错误。
3. 用 urdf_to_graphiz diff_drive.urdf 生成结构图，确认父子关系。

然后在 RViz 里加载：

ros2 launch urdf_tutorial display.launch.py model:=diff_drive.urdf

或者用 robot_state_publisher 自己发布。我个人偏好直接 launch，省事。

4.5 完整模型一览

把上面所有片段拼起来，就是一个能用的差速底盘 URDF。下面我整理了一个简化的结构表格：

组件	link 名称	joint 名称	类型	父 link
底盘	base_link	—	根 link	—
左轮	left_wheel	left_wheel_joint	continuous	base_link
右轮	right_wheel	right_wheel_joint	continuous	base_link
万向轮	caster_wheel	caster_wheel_joint	fixed	base_link

你想想看，这个结构其实很干净。底盘是中心，轮子挂在两边。后面加传感器、加外壳，都往 base_link 上堆就行。

嗯，到这里你已经亲手搭了一个差速底盘。虽然简单，但它是所有移动机器人的基础。下一章我们会在这个底盘上加更多轮子，变成四轮小车。不过那是后话了，先把今天的模型跑起来再说。