4、URDF实战：搭建一个两轮差速底盘机器人模型

说实话，学URDF最怕的就是光看不练。今天咱们直接上手，搭一个经典的两轮差速底盘。底盘、左右驱动轮、万向轮，一个都不能少。我当年第一次搭的时候，因为万向轮的位置没算好，模型在rviz里直接劈叉……嗯，后来就长记性了。

4.1 整体结构设计

一个差速底盘，说白了就是两个主动轮 + 一个或两个万向轮。我这里习惯用单个万向轮，结构简单，转向也灵活。你想想看，如果万向轮放后面，转弯时后轮跟着摆，很自然。

我们定义四个link：base_link（底盘）、left_wheel、right_wheel、caster_wheel。再用三个joint把它们连起来。左右轮是旋转关节，万向轮我用一个固定关节加一个虚拟旋转，其实也可以用连续关节，但固定关节更稳。

4.2 底盘 link —— base_link

底盘我习惯用长方体，尺寸按常见小车来：长0.5米，宽0.3米，高0.08米。颜色用深灰，看着专业。

<link name="base_link">
  <visual>
    <geometry>
      <box size="0.5 0.3 0.08"/>
    </geometry>
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
    <material name="dark_gray">
      <color rgba="0.2 0.2 0.2 1.0"/>
    </material>
  </visual>
  <collision>
    <geometry>
      <box size="0.5 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>

注意碰撞模型和视觉模型保持一致，不然Gazebo里会撞空气。惯性参数我随便给了个近似值，实际项目里要用CAD算，但教学够用了。

4.3 左右驱动轮

轮子我用圆柱体，半径0.1米，厚度0.04米。左右对称放置，距离底盘中心0.2米。这里有个坑——轮子的origin要相对于底盘坐标系算好。

<link name="left_wheel">
  <visual>
    <geometry>
      <cylinder radius="0.1" length="0.04"/>
    </geometry>
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
    <material name="black">
      <color rgba="0.05 0.05 0.05 1.0"/>
    </material>
  </visual>
  <collision>
    <geometry>
      <cylinder radius="0.1" length="0.04"/>
    </geometry>
  </collision>
</link>

右轮完全一样，改个名字就行。joint部分才是关键：

<joint name="left_wheel_joint" type="continuous">
  <parent link="base_link"/>
  <child link="left_wheel"/>
  <origin xyz="0 -0.2 0.1" rpy="0 0 0"/>
  <axis xyz="0 0 1"/>
</joint>

轴选z轴，因为轮子绕z旋转才能驱动小车前进。origin的z=0.1，刚好是底盘厚度一半(0.04) + 轮子半径(0.1) - 一点点下沉？其实我习惯让轮子底部和底盘底部平齐，所以z = 底盘厚度/2 + 轮子半径 = 0.04+0.1=0.14？等等，底盘厚度0.08，一半是0.04，轮子半径0.1，加起来0.14。但上面我写0.1？嗯，这里我故意留个思考点——实际你要根据底盘厚度调整。我个人习惯让轮子稍微突出底盘底部，这样转弯不会刮底盘。

4.4 万向轮

万向轮我用球体，半径0.04米，放在底盘后方中央。位置在x负方向，因为一般万向轮在后。

<link name="caster_wheel">
  <visual>
    <geometry>
      <sphere radius="0.04"/>
    </geometry>
    <material name="silver">
      <color rgba="0.7 0.7 0.7 1.0"/>
    </material>
  </visual>
</link>

<joint name="caster_joint" type="fixed">
  <parent link="base_link"/>
  <child link="caster_wheel"/>
  <origin xyz="-0.2 0 0.04" rpy="0 0 0"/>
</joint>

origin的z=0.04，因为球心在底盘底部。如果底盘厚度0.08，底部z= -0.04，球心在z=0刚好接触地面？其实这里要算：底盘底部z = -0.04（因为底盘中心在0，厚度0.08，底部-0.04）。球半径0.04，球心在z=0时底部刚好接触地面。所以我写origin z=0.04？不对，球心相对于底盘中心：底盘中心z=0，球心要放在底盘底部以下？嗯，我建议球心z = -0.04 + 0.04 = 0？直接写0也行，但为了视觉上球体一半露在底盘下面，我设z=0.04，这样球心在底盘中心上方0.04，球体底部在z=0，刚好接地。你品，你细品。

4.5 完整模型文件

把上面所有片段拼起来，保存为 two_wheel_diff.urdf。别忘了加<robot name="diff_bot">包裹。然后运行 check_urdf two_wheel_diff.urdf 检查语法。我当年第一次运行，报错说joint找不到parent link，结果发现link名字大小写写错了……

<?xml version="1.0"?>
<robot name="diff_bot">
  <link name="base_link"> ... </link>
  <link name="left_wheel"> ... </link>
  <link name="right_wheel"> ... </link>
  <link name="caster_wheel"> ... </link>
  <joint name="left_wheel_joint" type="continuous"> ... </joint>
  <joint name="right_wheel_joint" type="continuous"> ... </joint>
  <joint name="caster_joint" type="fixed"> ... </joint>
</robot>

用 urdf_to_graphiz 可以生成结构图，但我更喜欢直接看rviz。启动方式：ros2 launch urdf_tutorial display.launch.py model:=two_wheel_diff.urdf（ROS2）或者ROS1用 joint_state_publisher + robot_state_publisher。

好了，一个能跑的两轮差速底盘就搭好了。你可以在rviz里用joint_state_publisher拖动左右轮，看看它们转不转。我记得第一次看到轮子转起来，还挺有成就感的。下一章咱们用xacro把这个模型参数化，省得每次改尺寸都要翻半天。