XML 模型基础：MJCF 格式解剖
说实话，刚接触 MuJoCo 的时候，我也被那一堆 XML 标签搞得有点懵。但用久了你会发现，MJCF 的设计其实很优雅——它把机器人模型拆成了几个核心零件，你只要搞懂 body、joint、geom 这三个东西，基本就能搭出任何模型了。
这一章，我们就从零开始，手搓一个简单的机械臂。我会把我踩过的坑、总结的习惯，都揉进去讲。
MJCF 文件长什么样？
一个标准的 MJCF 文件，结构大概是这样的：
<mujoco model="simple_arm">
<compiler angle="radian" />
<option gravity="0 0 -9.81" />
<worldbody>
<body name="base" pos="0 0 0">
<geom type="box" size="0.1 0.1 0.05" rgba="0.5 0.5 0.5 1" />
<joint name="shoulder" type="hinge" axis="0 0 1" pos="0 0 0" />
<body name="upper_arm" pos="0 0 0.05">
<geom type="cylinder" size="0.03 0.2" rgba="0.2 0.6 0.8 1" />
<joint name="elbow" type="hinge" axis="0 1 0" pos="0 0 0.2" />
<body name="forearm" pos="0 0 0.2">
<geom type="cylinder" size="0.025 0.15" rgba="0.8 0.3 0.2 1" />
</body>
</body>
</body>
</worldbody>
</mujoco>嗯，看着有点嵌套，但别怕。我们一层层拆开看。
三大核心元素：body、joint、geom
我个人习惯把这三个元素比作「骨架、关节、皮肉」：
| 元素 | 类比 | 作用 | 关键属性 |
|---|---|---|---|
| body | 骨架段 | 定义刚体段，是空间中的参考系 | name, pos, quat, euler |
| joint | 关节 | 定义 body 之间的运动自由度 | name, type, axis, pos, range |
| geom | 皮肉 | 定义碰撞体和视觉形状 | type, size, rgba, friction |
body：一切的基础
每个 <body> 代表一个刚体段。它有自己的坐标系，子 body 会继承父 body 的位置和朝向。说白了，这就是个「空间容器」。
我在项目中遇到过一个问题：新手经常把 body 的 pos 设成相对于世界坐标的值，结果模型一跑就飞了。记住，body 的 pos 是相对于父 body 的，不是世界坐标。
<worldbody> 下加一个网格 geom，方便观察位置关系：<geom type="plane" size="1 1 0.01" rgba="0.9 0.9 0.9 1" />
joint：让机械臂动起来
没有 joint，你的模型就是一坨死物。joint 定义了 body 之间怎么相对运动。
常用的 joint 类型就三种：
- hinge：旋转关节，绕一个轴转。机械臂的肩、肘基本都是这个。
- slide：滑动关节，沿一个轴平移。比如直线导轨。
- free：自由关节，6 个自由度全放开。一般只给基座用。
这里有个坑——axis 属性。我曾经把肘关节的轴设成 0 0 1（绕 Z 轴转），结果机械臂像扭麻花一样。后来才意识到，axis 是相对于父 body 坐标系的，不是世界坐标系。
pos 属性也很容易搞错。它定义的是关节在父 body 坐标系中的位置。如果你不写，默认是父 body 的原点。但机械臂的关节通常不在 body 中心，所以一定要显式指定。
geom：让模型看得见、碰得到
geom 是 MuJoCo 里最直观的元素——它就是形状。但它的作用不止于「好看」：
- 碰撞检测：MuJoCo 用 geom 算接触力。
- 视觉渲染：你看到的模型就是 geom 拼出来的。
- 质量属性：geom 可以自动计算惯性，省得你手动填。
常用的 geom 类型：
| 类型 | 适用场景 | size 参数 |
|---|---|---|
| box | 基座、方形结构 | x y z（半边长） |
| cylinder | 连杆、轴 | 半径 半高 |
| sphere | 球关节、末端 | 半径 |
| mesh | 复杂形状（STL/OBJ） | 缩放因子 |
我个人习惯：调试阶段先用 box 和 cylinder 搭骨架，确认运动学正确后，再换成精细的 mesh。这样迭代快，不容易被模型细节干扰。
从零搭建：一个 2 自由度机械臂
好，理论说完了，我们动手。下面这个例子，我一步一步拆给你看。
先画个结构图，帮你理解 body 的层级关系：
看到没？每个 body 嵌套在父 body 里，joint 定义在父 body 中，geom 附在所属 body 上。这个层级关系，就是机械臂运动学树的核心。
下面是完整的 XML：
<mujoco model="arm_2dof">
<compiler angle="degree" />
<option gravity="0 0 -9.81" />
<worldbody>
<!-- 地面 -->
<geom type="plane" size="1 1 0.01" rgba="0.9 0.9 0.9 1" />
<!-- 基座 -->
<body name="base" pos="0 0 0">
<geom type="box" size="0.08 0.08 0.04" rgba="0.4 0.4 0.4 1" />
<joint name="shoulder" type="hinge" axis="0 0 1" pos="0 0 0.04" />
<!-- 上臂 -->
<body name="upper_arm" pos="0 0 0.04">
<geom type="cylinder" size="0.03 0.2" rgba="0.2 0.6 0.8 1" pos="0 0 0.2" />
<joint name="elbow" type="hinge" axis="0 1 0" pos="0 0 0.4" />
<!-- 前臂 -->
<body name="forearm" pos="0 0 0.4">
<geom type="cylinder" size="0.025 0.15" rgba="0.8 0.3 0.2 1" pos="0 0 0.15" />
</body>
</body>
</body>
</worldbody>
</mujoco>- 基座的 joint（shoulder）绕 Z 轴转，实现水平旋转。
- 肘关节（elbow）绕 Y 轴转，实现上下摆动。
- 每个 geom 的 pos 是相对于所属 body 的，不是世界坐标。
- joint 的 pos 定义在父 body 坐标系中，通常设在旋转中心。
常见坑与避坑指南
做这个模型的时候，我踩过几个坑，分享给你：
- geom 位置不对：我曾经把 cylinder 的 pos 忘了写，结果它从 body 原点长出来，整个机械臂看起来像断了一样。后来我养成了习惯——每个 geom 都显式写 pos，哪怕就是
0 0 0。 - joint 轴方向搞反：肘关节的 axis 写成
0 -1 0，结果机械臂往反方向弯。我的经验是：先用0 1 0或0 0 1这种标准轴，调试通了再改。 - body 嵌套层级混乱：有人把 forearm 直接挂在 worldbody 下，结果 elbow 关节控制不了它。记住，body 的父子关系就是运动学树，乱不得。
快速验证：用 MuJoCo 跑起来
写完 XML，怎么验证对不对？我一般用 MuJoCo 自带的 simulate 工具：
# 命令行直接加载
./simulate arm_2dof.xml窗口打开后，按 Ctrl + 右键 拖拽机械臂末端，看看运动学对不对。如果关节转的方向不对，回去改 axis；如果 body 位置不对，回去改 pos。
嗯，这个过程可能会反复几次。别急，我当年调第一个模型也花了半小时。但一旦你搞懂了 body、joint、geom 的关系，后面就快了。
这一章的内容就到这里。记住三个词：body 是骨架，joint 是关节，geom 是皮肉。把这三样玩明白，MuJoCo 建模你就入门了。