機器人模型示例 use URDF

 一個具體的機器人模型示例，包含完整的文件結構和代碼：

1. 完整的文件結構

my_robot_pkg/
├── CMakeLists.txt
├── package.xml
├── launch/
│   ├── display.launch
│   └── gazebo.launch
├── urdf/
│   ├── my_robot.urdf
│   ├── materials.xacro
│   └── macros.xacro
├── meshes/
│   ├── visual/
│   │   ├── base.dae
│   │   ├── arm.dae
│   │   └── gripper.dae
│   └── collision/
│       ├── base.stl
│       ├── arm.stl
│       └── gripper.stl
└── config/
    └── joint_controllers.yaml

2. URDF 示例代碼

xml
<?xml version="1.0"?>
<robot name="my_robot" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
  
  <!-- 材質定義 -->
  <material name="blue">
    <color rgba="0 0 0.8 1"/>
  </material>

  <!-- 基座鏈接 -->
  <link name="base_link">
    <visual>
      <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
        <mesh filename="package://my_robot_pkg/meshes/visual/base.dae" scale="0.001 0.001 0.001"/>
      </geometry>
      <material name="blue"/>
    </visual>
    
    <collision>
      <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
        <mesh filename="package://my_robot_pkg/meshes/collision/base.stl"/>
      </geometry>
    </collision>

    <inertial>
      <mass value="5.0"/>
      <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
      <inertia ixx="0.1" ixy="0" ixz="0" iyy="0.1" iyz="0" izz="0.1"/>
    </inertial>
  </link>

  <!-- 機械臂關節 -->
  <joint name="arm_joint" type="revolute">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="arm_link"/>
    <origin xyz="0 0 0.1" rpy="0 0 0"/>
    <axis xyz="0 0 1"/>
    <limit lower="-3.14" upper="3.14" effort="100" velocity="1.0"/>
  </joint>

  <!-- 機械臂鏈接 -->
  <link name="arm_link">
    <visual>
      <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
        <mesh filename="package://my_robot_pkg/meshes/visual/arm.dae" scale="0.001 0.001 0.001"/>
      </geometry>
    </visual>
    
    <collision>
      <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
        <mesh filename="package://my_robot_pkg/meshes/collision/arm.stl"/>
      </geometry>
    </collision>

    <inertial>
      <mass value="1.0"/>
      <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
      <inertia ixx="0.01" ixy="0" ixz="0" iyy="0.01" iyz="0" izz="0.01"/>
    </inertial>
  </link>
</robot>

3. Launch 文件示例

xml
<!-- gazebo.launch -->
<launch>
  <!-- 載入機器人描述參數 -->
  <param name="robot_description" 
         command="$(find xacro)/xacro '$(find my_robot_pkg)/urdf/my_robot.urdf'"/>

  <!-- 啟動 Gazebo -->
  <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch">
    <arg name="paused" value="false"/>
    <arg name="use_sim_time" value="true"/>
    <arg name="gui" value="true"/>
    <arg name="debug" value="false"/>
  </include>

  <!-- 生成機器人模型 -->
  <node name="spawn_urdf" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" 
        args="-param robot_description -urdf -model my_robot"/>

  <!-- 啟動控制器 -->
  <rosparam command="load" 
            file="$(find my_robot_pkg)/config/joint_controllers.yaml"/>
  <node name="controller_spawner" pkg="controller_manager" 
        type="spawner" output="screen" 
        args="joint_state_controller arm_controller"/>
</launch>

4. 控制器配置示例

yaml
# joint_controllers.yaml
joint_state_controller:
  type: joint_state_controller/JointStateController
  publish_rate: 50

arm_controller:
  type: position_controllers/JointPositionController
  joint: arm_joint
  pid: {p: 100.0, i: 0.01, d: 10.0}

5. Gazebo 相關插件配置

xml
<!-- 在 URDF 中添加 Gazebo 插件 -->
<gazebo>
  <plugin name="gazebo_ros_control" filename="libgazebo_ros_control.so">
    <robotNamespace>/my_robot</robotNamespace>
    <robotSimType>gazebo_ros_control/DefaultRobotHWSim</robotSimType>
  </plugin>
</gazebo>

<!-- 為鏈接添加材質 -->
<gazebo reference="base_link">
  <material>Gazebo/Blue</material>
</gazebo>

6. 運行和測試

1. 編譯包：

bash
catkin_make

2. 運行模擬：

bash
roslaunch my_robot_pkg gazebo.launch

3. 發送控制命令：

bash
rostopic pub /my_robot/arm_controller/command std_msgs/Float64 "data: 1.57"

7. 調試技巧

1. 檢查模型是否正確載入：

bash
rosrun tf_echo /base_link /arm_link

2. 查看關節狀態：

bash
rostopic echo /joint_states

3. 使用 RViz 可視化：

bash
rosrun rviz rviz -d `rospack find my_robot_pkg`/rviz/config.rviz

這個完整示例展示了如何:

• 組織機器人描述文件
• 配置 Gazebo 模擬
• 設置控制器
• 運行和測試模型