问小白 wenxiaobai
资讯
历史
科技
环境与自然
成长
游戏
财经
文学与艺术
美食
健康
家居
文化
情感
汽车
三农
军事
旅行
运动
教育
生活
星座命理

Ubuntu 20.04使用RViz可视化查看URDF机器人模型

创作时间:
作者:
@小白创作中心

Ubuntu 20.04使用RViz可视化查看URDF机器人模型

引用
CSDN
1.
https://blog.csdn.net/2301_80758686/article/details/144662042

介绍

RViz：

  • RViz 是 ROS（机器人操作系统）中的可视化工具。它就像是一个 “机器人世界的窗口”，让你能够看到机器人内部的数据和状态。在 ROS 的生态系统里，机器人的各个部分（如传感器、执行器等）通过节点（Node）来发送和接收信息。RViz 通过订阅这些节点发布的话题（Topic）来获取数据，然后将其以直观的图形化方式展示出来。

  • 例如，当机器人的激光雷达扫描周围环境后，会将扫描数据发布到一个特定的话题上。RViz 可以订阅这个话题，把激光雷达数据以点云（Point Cloud）的形式显示出来，你就能看到机器人周围物体的大致轮廓，就像你在透过机器人的 “眼睛” 观察世界一样。

URDF文件：

  • URDF（Unified Robot Description Format）即统一机器人描述格式，是一种用于描述机器人模型的 XML 文件格式。它是 ROS（机器人操作系统）中非常重要的一部分，其目的是提供一种标准化的方式来描述机器人的物理结构，包括机器人的连杆（links）、关节（joints）、视觉外观和惯性特性等诸多方面。

  • URDF 文件可以被 RViz（ROS 可视化工具）读取并可视化展示。当你在 RViz 中加载一个 URDF 文件时，它会根据文件中的描述构建出机器人的 3D 模型。这样，你可以从不同的角度直观地查看机器人的外观结构，检查关节的连接是否正确以及连杆的形状是否符合预期。

一、安装必要的软件包

一般来说，之前正常安装了ros对应的版本以下步骤都做过了，可以跳过第一步，多来一遍流程也无妨

1、ROS（机器人操作系统）安装

首先确保已经安装了 ROS Noetic（因为 Ubuntu 20.04 对应的 ROS 版本是 Noetic）。如果没有安装，可以按照以下步骤进行安装：

  • 设置软件源：

sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros - latest.list'
  • 添加密钥：

sudo apt - key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv - key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654
  • 更新软件包列表：

sudo apt update
  • 安装ROS Noetic桌面完整版（包含rviz等工具）：

sudo apt install ros - noetic - desktop - full
  • 初始化rosdep：rosdep 是一个用于安装 ROS 软件包的依赖项工具。

sudo rosdep init
rosdep update
  • 设置环境变量：

将以下内容添加到
.bashrc
文件中（这样每次打开终端时都会自动设置环境变量）： 


echo "source /opt/ros/noetic/setup.bash" >> ~/.bashrc

然后在当前终端中使环境变量生效： 


source ~/.bashrc

二、创建工作空间（如果没有的话）

1、打开终端

  • 创建一个新的工作空间目录（如果已经有工作空间可以跳过这一步）。例如，创建一个名为
    catkin_ws
    的工作空间：

运行以下命令： 


mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd ~/catkin_ws/src
  • 初始化工作空间：

cd ~/catkin_ws/src
catkin_init_workspace

在
src
目录下，运行
catkin_init_workspace
命令。这会在
src
目录下创建
CMakeLists.txt
文件，它是构建 ROS 软件包的关键文件。

  • 编译工作空间：

回到工作空间根目录（
catkin_ws
）并进行编译： 


cd..
catkin_make
  • 设置工作空间环境变量（添加到
    .bashrc
    文件）    ：

echo "source ~/catkin_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

2、将 URDF 文件放入工作空间

  • 把 URDF 文件复制到
    ~/catkin_ws/src
    目录下（你也可以根据实际情况放在工作空间的其他合适位置）。假设URDF 文件名为tinker_urdf.urdf。

  • 创建 ROS 软件包（如果还没有相关软件包）

在
src
目录下，创建一个新的 ROS 软件包（如果已经有用于存放 URDF 模型的软件包可以跳过这一步）。运行以下命令：

例如，创建一个名为tinker_robot_description的软件包（这里以tinker机器人为例，github连接在文末） 


catkin_create_pkg tinker_robot_description urdf xacro

注意：这里
urdf
和
xacro
是软件包的依赖项，
urdf
用于处理 URDF 文件格式，
xacro
是一种用于简化 URDF 文件编写的工具。如果你的 URDF 文件是纯 URDF 格式，
xacro
依赖可以根据实际情况省略。

将
tinker_urdf.urdf
文件复制或移动到新创建的包目录下的
urdf
文件夹中（即
~/catkin_ws/src/tinker_robot_description/urdf
路径下）。

3、检查 URDF 文件语法

在终端中，确保已经在 ROS 环境下（已经执行过
source /opt/ros/noetic/setup.bash
），并且位于包含
tinker_urdf.urdf
文件的目录（即
~/catkin_ws/src/tinker_robot_description/urdf
）中，然后运行： 


check_urdf tinker_urdf.urdf

如果语法正确，它会输出机器人模型的结构信息，例如各个连杆（link）、关节（joint）等相关信息；如果有错误，会显示相应的错误提示，你需要根据提示对
tinker_urdf.urdf
文件进行修改，直到通过语法检查。

三、创建启动文件（launch file）

1、创建launch文件夹：

在
tinker_robot_description
包的根目录下创建一个
launch
文件夹： 


cd ~/catkin_ws/src/tinker_robot_description
mkdir launch

2、创建launch文件：

进入
launch
文件夹，使用文本编辑器（如
gedit
）创建一个名为
display.launch
的文件，并添加以下内容： 


<launch>
  <!-- 加载 URDF 文件到 ROS 参数服务器 -->
  <param name="robot_description" command="cat /home/user（用户名）/catkin_ws/src/tinker_robot_description/urdf/tinker_urdf.urdf" />
  <!-- 启动 robot_state_publisher -->
  <node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" output="screen">
    <param name="robot_description" command="cat /home/user（用户名）/catkin_ws/src/tinker_robot_description/urdf/tinker_urdf.urdf" />
  </node>
  <!-- 启动 RViz -->
  <node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" output="screen" />
</launch>

这个启动文件的作用是：

  • 通过

    标签设置机器人描述参数（ robot_description ），它会读取指定的 URDF 文件内容。

  • 启动
    joint_state_publisher
    节点，用于发布机器人关节状态，这样在 rviz 中可以通过界面操作来改变关节角度等参数。

  • 启动
    robot_state_publisher
    节点，用于根据机器人的关节状态发布机器人的整体状态信息，确保 rviz 能正确获取模型的位姿等信息。

  • 启动
    rviz
    节点，并指定一个配置文件（
    urdf.rviz
    ）路径，首次使用时如果这个配置文件不存在，后续可以在 rviz 中进行配置并保存下来方便后续使用。

四、启动相关节点并在 rviz 中查看模型

1、启动 ROS 核心：

打开一个新的终端，输入命令： 


roscore

2、编译工作空间（如果有修改或者是首次使用该包）：

在另一个终端中，进入工作空间的根目录（
catkin_ws
），执行编译命令： 


cd ~/catkin_ws
catkin_make

3、**启动

joint_state_publisher
、
robot_state_publisher
节点，同时打开 rviz 并加载模型**：

执行以下命令（确保
display.launch
文件中参数传递格式正确）： 


roslaunch tinker_robot_description display.launch model:=$(rospack find tinker_robot_description)/urdf/tinker_urdf.urdf

这时候 rviz 窗口会自动打开，在左侧的 “Displays” 面板中，确保 “RobotModel” 选项被勾选。这样就可以在 3D 视图区域看到
tinker_urdf
机器人模型的可视化效果了。可以通过拖动滑块（如果
joint_state_publisher
提供了可调节的关节滑块）来改变机器人的关节状态，观察模型的运动情况。、

报错问题排查

1、情况1

运行后会发现报错，具体内容为
Could not load resource [../meshes/base_link.STL]: Unable to open file "../meshes/base_link.STL".

说明在 URDF 文件中指定的用于表示机器人各个连杆可视化和碰撞几何形状的
.STL
格式的网格文件无法被正确加载，很可能是文件路径设置不正确或者对应的
.STL
文件确实不存在于指定的路径下。

我们要回到下载的tinker模型包中，找到mesh文件夹
复制内容到自己创建的
tinker_robot_description包中（和launch同级目录）

并且确保 URDF 文件里

标签中
filename
属性指定的路径是正确的。例如在

标签内有这样的定义： 

<visual>
    <geometry>
        <mesh filename="../meshes/base_link.STL" />
    </geometry>
</visual>

这里的
../meshes/
路径表示相对于 URDF 文件所在目录的上级目录下的
meshes
文件夹。你需要确认实际的
.STL
文件是否就在这个相对路径所指向的位置。如果路径不对，可以修改为正确的相对路径或者绝对路径（例如使用绝对路径
/home/user（根据自己名字修改）/catkin_ws/src/tinker_robot_description/meshes/base_link.STL
这种形式，要根据实际文件存放位置来写）。

这个时候再去运行 


roslaunch tinker_robot_description display.launch model:=$(rospack find tinker_robot_description)/urdf/tinker_urdf.urdf

2、情况2

有可能出现以下情况

模型全白，左侧有报错

这是因为通常意味着在导入的机器人系统里，找不到从
base_link
这个连杆到
map
坐标系的坐标变换关系，其他关节连接处也有类似情况。

例如：

报错内容No transform from [link_l_roll] to [map]

表明在 TF 树中没有从
map
到
link_l_roll
的变换。问题可能出在以下几点：

  • URDF 文件中未正确连接
    link_l_roll
    到机器人模型的根链接（
    base_link
    ）    。

  • 缺乏
    map
    到
    base_link
    的静态变换    。

  • **
    robot_state_publisher
    没有正常发布 TF**。

需要去做相应排查

我经过排查发现是相关的静态变换未发布，有两个解决方案

1、添加静态变换

终端运行以下命令临时发布静态变换： 


rosrun tf static_transform_publisher 0 0 0 0 0 0 map base_link 10

2、修改.launch文件

在启动文件中添加静态变换节点：

因此将launch文件修改为如下内容 


<launch>
  <!-- 加载 URDF 文件到 ROS 参数服务器 -->
  <param name="robot_description" command="cat /home/user（用户名）/catkin_ws/src/tinker_robot_description/urdf/tinker_urdf.urdf" />
  <!-- 发布 map 到 base_link 的静态变换 -->
<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="map_to_base" args="0 0 0 0 0 0 map base_link 10" />
<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="base_to_l_ankle" args="0 0 0 0 0 0 base_link link_l_ankle 10" />
<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="l_ankle_to_l_knee" args="0 0 0 0 0 0 link_l_ankle link_l_knee 10" />
<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="l_knee_to_l_pitch" args="0 0 0 0 0 0 link_l_knee link_l_pitch 10" />
<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="l_pitch_to_r_pitch" args="0 0 0 0 0 0 link_l_pitch link_r_pitch 10" />
<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="base_to_l_yaw" args="0 0 0 0 0 0 base_link link_l_yaw 10" />
<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="map_to_link_l_roll" args="0 0 0 0 0 0 map link_l_roll 10" />
<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="map_to_link_r_ankle" args="0 0 0 0 0 0 map link_r_ankle 10" />
<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="map_to_link_r_knee" args="0 0 0 0 0 0 map link_r_knee 10" />
<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="map_to_link_r_roll" args="0 0 0 0 0 0 map link_r_roll 10" />
<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="map_to_link_r_yaw" args="0 0 0 0 0 0 map link_r_yaw 10" />
  <!-- 启动 robot_state_publisher -->
  <node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" output="screen">
    <param name="robot_description" command="cat /home/user（用户名）/catkin_ws/src/tinker_robot_description/urdf/tinker_urdf.urdf" />
  </node>
  <!-- 启动 RViz -->
  <node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" output="screen" />
</launch>

保存重新执行roslaunch

加载成功

近期在使用ros进行模拟仿真，使用rviz查看urdf机器人模型，以上是学习笔记，欢迎探讨交流

附tinker机器人urdf文件github链接：Tinker/development at main · Yuexuan9/Tinker · GitHub

热门推荐
© 2023 北京元石科技有限公司 ◎ 京公网安备 11010802042949号