第2章 · link与joint详解
各位好，我是你们的老朋友。这一章咱们彻底把 link 和 joint 吃透。你想想看，URDF 里最核心的两个东西就是它俩——一个管“身体”，一个管“关节”。搞懂了它们，机器人模型就搭起了一半。
2.1 link 标签——机器人的每一块骨头
link 就是机器人的一个刚体部件。底盘、手臂连杆、摄像头支架……都是 link。每个 link 有且只有一个坐标系，原点默认在 link 的质心位置。我个人习惯把视觉模型和碰撞模型分开定义，这样仿真更稳定。
<visual>—— 外观几何，决定你看到的样子<collision>—— 碰撞检测几何，物理引擎用这个算接触<inertial>—— 质量、惯性张量，动力学仿真必须
举个例子，一个简单的底盘 link 长这样：
<link name="base_link">
<visual>
<geometry>
<box size="0.4 0.3 0.1"/>
</geometry>
<material name="blue"/>
</visual>
<collision>
<geometry>
<box size="0.4 0.3 0.1"/>
</geometry>
</collision>
<inertial>
<mass value="2.0"/>
<inertia ixx="0.01" ixy="0" ixz="0" iyy="0.02" iyz="0" izz="0.01"/>
</inertial>
</link>嗯，这里要注意：inertia 矩阵必须对称正定，否则 Gazebo 会报错。我曾经在项目里把 ixx 和 iyy 填反了，仿真时底盘原地转圈……排查了半天。
2.2 joint 标签——连接与运动的灵魂
joint 定义了两个 link 之间的约束关系。每个 joint 有且只有一个父 link 和一个子 link，坐标系原点在 joint 的位置。说白了，joint 就是告诉机器人：“这两块零件怎么相对运动”。
| joint 类型 | 自由度 | 典型用途 |
|---|---|---|
fixed | 0 | 刚性连接，如摄像头支架 |
revolute | 1 (旋转) | 电机驱动关节，有角度限位 |
prismatic | 1 (平移) | 线性滑台、升降机构 |
continuous | 1 (无限旋转) | 车轮、转台 |
floating | 6 | 自由漂浮，无人机/水下机器人 |
planar | 3 (平面运动) | 全向移动底盘简化 |
你想想看，revolute 和 continuous 的区别就一个——限位。车轮用 continuous，因为没有角度限制；机械臂关节用 revolute，必须设 limit 防止过转。
parent 和 child，再写 origin 和 axis。顺序乱了容易漏标签。
2.3 坐标系定义——谁在谁的哪里？
URDF 里坐标系全靠 <origin> 和 <axis> 描述。origin 是子 link 坐标系相对于父 link 坐标系的偏移（xyz + rpy）。axis 定义运动轴，只对 revolute、prismatic 等运动关节有效。
<joint name="arm_joint" type="revolute">
<parent link="base_link"/>
<child link="arm_link"/>
<origin xyz="0.2 0 0.1" rpy="0 0 0"/>
<axis xyz="0 0 1"/>
<limit lower="-1.57" upper="1.57" effort="10" velocity="1.0"/>
</joint>这里 xyz="0.2 0 0.1" 表示 arm_link 的原点相对于 base_link 向右 0.2 米、向上 0.1 米。rpy 是欧拉角，按 ZYX 顺序。我记得刚学 URDF 时总搞混 rpy 顺序，后来每次都在纸上画一遍坐标系才放心。
axis 写成了 0 1 0，但实际关节轴是绕 X 旋转。结果仿真时大腿前后摆动变成了左右劈叉……所以一定要对照真实机械结构确认轴方向。
2.4 树形结构与根 link
URDF 模型必须是一棵树。有且只有一个根 link（没有父 joint），其他 link 都是通过 joint 挂上去的。为什么是树？因为 ROS 的 tf 树就是这么设计的——每个坐标系只有一个父级。
我个人习惯把 base_link 作为根，所有零件都从它开始延伸。如果你需要多个根，那就不是 URDF 了，得用多机器人模型。
check_urdf 命令，它会告诉你是否有环、是否有孤立 link。我每次写完模型都会跑一遍，省得后面调试时抓狂。
好，这一章的内容就是这些。link 和 joint 是 URDF 的砖瓦，把它们的属性吃透，后面搭建任何机器人都不会慌。下一章咱们聊几何与可视化，到时候用 STL 和颜色把模型打扮得漂漂亮亮。