1 · URDF基础入门

各位好，我是你们这门课的老朋友。今天咱们从最根儿上的东西聊起——URDF。你可能会想，不就是个描述机器人的XML文件吗？对，但也不全对。我做了这么多年机器人，URDF就像机器人的“身份证”，没有它，导航、规划、仿真全都玩不转。

什么是URDF？说白了就是机器人的“骨架描述”

URDF 全称 Unified Robot Description Format，统一机器人描述格式。嗯，名字挺长，但核心就一句话：用XML告诉计算机你的机器人长什么样、关节怎么动。我习惯把它想象成乐高说明书——每个零件（link）长啥样，怎么拼（joint），清清楚楚。

你可能会问：为什么不用CAD文件？CAD太“重”了，ROS要的是轻量、可计算、能实时解析的模型。URDF就是为这个而生的。我在项目里见过有人直接把SolidWorks模型转成URDF，但说实话，手写一个简单模型往往更可控。

URDF在ROS中的作用——不只是“看着像”

很多新手觉得URDF就是用来在Rviz里显示个机器人模型。其实它的作用远不止于此。你想想看：

• 导航 —— 代价地图需要知道机器人 footprint，URDF直接提供轮廓。
• TF坐标树 —— 每个link就是一个坐标系，joint定义了变换关系。
• 物理仿真 —— Gazebo根据URDF计算碰撞、惯性、摩擦。
• 路径规划 —— 规划器要避开自身碰撞，靠的就是URDF的碰撞模型。

我记得有一次调试导航，机器人一直原地转圈，查了半天发现是URDF里轮子joint的type写成了"continuous"而不是"revolute"。一个小错误，折腾了一下午。所以啊，URDF的准确性直接影响整个系统。

搭建第一个URDF模型——两连杆摆臂

光说不练假把式。咱们直接上手写一个最简单的URDF：一个基座 + 一个连杆，中间用旋转关节连起来。就像机器人的一条手臂。

先创建文件 my_first_robot.urdf，内容如下：

<?xml version="1.0"?>
<robot name="simple_arm">
    <link name="base_link">
        <visual>
            <geometry>
                <box size="0.2 0.1 0.05"/>
            </geometry>
            <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0"/>
            <material name="blue">
                <color rgba="0 0 1 1"/>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <link name="arm_link">
        <visual>
            <geometry>
                <cylinder length="0.3" radius="0.02"/>
            </geometry>
            <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0.15 0"/>
            <material name="red">
                <color rgba="1 0 0 1"/>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <joint name="arm_joint" type="revolute">
        <parent link="base_link"/>
        <child link="arm_link"/>
        <origin xyz="0 0.05 0"/>
        <axis xyz="0 0 1"/>
        <limit effort="10" velocity="1" lower="-1.57" upper="1.57"/>
    </joint>
</robot>

来，咱们拆开看看：

• base_link —— 一个蓝色小方块，代表底座。
• arm_link —— 红色圆柱体，代表摆臂。
• arm_joint —— 旋转关节，绕Z轴转动，角度限制在±90°。

保存文件后，用ROS自带的工具检查一下：

# 安装urdf_tutorial (如果没装)
sudo apt install ros-${ROS_DISTRO}-urdf-tutorial

# 检查URDF语法
check_urdf my_first_robot.urdf

如果输出没有报错，恭喜你，第一个URDF模型诞生了！

你可以在Rviz里直接加载这个URDF：

# 启动Rviz并加载模型
ros2 run urdf_tutorial display my_first_robot.urdf   # ROS2 示例
# 或者 ROS1 下使用:
roslaunch urdf_tutorial display.launch model:=my_first_robot.urdf

看到那个红色摆臂了吗？拖动关节滑块，它就会动起来。嗯，这就是URDF的魅力——从静态描述到动态交互。