URDF

Unified Robot Description Format 统一机器人描述格式

基于 XML 的机器人结构描述语言： 有向无环刚体树（Rigid Body Tree） 一个 link 只能有一个 parent joint，描述了：

• 机器人 刚体拓扑结构
• 各刚体（link）的 几何、惯性、视觉、碰撞属性
• 各关节（joint）的 运动学约束

1. 基本组成

声明信息+两种关键组件

1.1 声明信息

第一部分是xml的声明信息
第二部分是机器人的声明，通过robot标签就可以声明一个机器人模型

robot
 ├── link (节点)
 └── joint (边)

<?xml version="1.0"?>
<robot name="robot_name">
	<link></link>
	<joint></joint>
</robot>

1.2 两种关键组件

Link：机器人的各个部件
Joint：机器人关节， Link 和 Link 之间的连接部分，用于连接两个机器人部件

2. Link

一个完整的 <link> 通常包含：

<link name="link1">
  <visual>	</visual>     <!-- 可视模型 -->
  <collision>	</collision> <!-- 碰撞模型 -->
  <inertial>	</inertial>  <!-- 惯性参数 -->
</link>

2.1 visual 外观模型

<visual> 用于定义连杆的可视化属性，即连杆在仿真环境或可视化界面中呈现的外观。

• <geometry> 几何形状
  • <box size="x y z"/> 长方体 size-长宽高
  • <cylinder radius="r" length="l"/> 圆柱体 radius -半径 length-高度
  • <sphere radius="r"/> 球体 radius -半径
  • <mesh filename="xxx.stl" scale="1 1 1"/> 第三方导出的模型文件
• <origin> xyz 默认为零矢量 rpy 弧度表示的翻滚、俯仰、偏航
• <material> name 名称； <color rgba=" "> 颜色

2.2 collision 碰撞模型

<collision> 用于定义连杆的碰撞属性，在仿真中用于碰撞检测，确保机器人在运动过程中不会与其他物体或自身发生不合理的穿透。

<collision>
  <geometry>
    <box size="0.48 0.18 0.08"/>
  </geometry>
</collision>

2.3 inertial 动力学核心

<inertial> 用于定义连杆的惯性属性，这些属性对于机器人动力学仿真和控制算法的准确性非常重要，它决定了连杆在受到力和力矩作用时的运动响应。

<inertial>
  <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
  <mass value="2.5"/>
  <inertia
    ixx="0.01" ixy="0" ixz="0"
    iyy="0.02" iyz="0"
    izz="0.03"/>
</inertial>

3. Joint

定义：child link 坐标系相对于 parent link 坐标系的变换与运动约束

<joint name="joint1" type="revolute">

  <parent link="base_link"/>
  <child link="link1"/>

  <origin xyz="0 0 0.1" rpy="0 0 0"/>
  <axis xyz="0 0 1"/>

</joint>

用于连接两个机器人部件，

• name 关节的名称
• type 关节的类型
• parent 父 link 名称
• child 子 link 名称
• origin 父子之间的关系 xyz rpy
  <origin xyz="0 0 0.014" />
• axis 围绕旋转的关节轴
  <axis xyz="0 0 1" />

type 关节类型

origin 零位时的刚体变换
axis 自由度方向定义
limit 可达空间与物理约束

x：前
y：左
z：上
r = roll  （滚转）
p = pitch （俯仰）
y = yaw   （偏航）

4. 可视化相关文件

URDF（Unified Robot Description Format）是 ROS 生态中用于描述机器人运动学与结构拓扑的模型描述文件格式，本质是 XML。

URDF 用来描述机器人“是什么样的、怎么连起来、怎么动”，而不是“长得多精细”。

.STL

STL（Stereolithography）是三角网格几何模型格式，与机器人无关，是通用的 3D 模型格式。

主要特征

• 只有几何（三角面片），没有颜色、材质、层级、坐标系
• 体积小、结构简单
• 工业与仿真中最常见
  在 URDF 中的角色
• 常用于 collision（碰撞模型）
• 也可用于 visual（视觉模型，但通常偏粗糙）

.DAE

DAE（COLLADA）是一种富几何 + 语义的 3D 模型交换格式。
DAE 用来描述“外形 + 材质 + 层级关系”。

主要特征

• 支持颜色、贴图、材质
• 支持模型内部层级（多个 mesh）
• 文件结构复杂，但表达能力强
• 常由 Blender、Maya、SketchUp 导出

在 URDF 中的角色

• 常用于 visual（视觉模型）
• 用于在 RViz / Gazebo 中获得更真实的外观
• 很少用于 collision（过于复杂）

.Xacro

Xacro（XML Macros）不是模型格式，而是URDF 的“元语言 / 预处理器”

解决 URDF 的三大痛点：

• 重复
• 参数不可配置
• 难以维护

主要能力

• 宏定义（类似函数）
• 参数化（长度、质量、数量可配置）
• 条件与循环
• 文件拆分与复用

可视化网站

https://unlinearity.github.io/URDF-Visualizer/

https://gkjohnson.github.io/urdf-loaders/javascript/example/bundle/
https://xinlang2019.github.io/urdf_visualizer/
https://viewer.robotsfan.com/