六自由度机械臂SolidWorks模型转换为URDF模型

一、工具下载
- 1.1 下载SolidWorks
- 1.2 下载URDF插件
二、建立机械臂坐标系
- 2.1 概要
- 2.2 建立坐标系
三、转换URDF文件
- 3.1 加载URDF插件
- 3.2 配置机械臂参数
- 3.3 修改各连杆颜色
- 3.4 修正URDF文件

一、工具下载

1.1 下载SolidWorks

本文所使用的建模软件为SolidWorks 2018，软件（含破解器）下载地址如下：

https://pan.baidu.com/s/1JnU5cXiXVAL58RfCxjCN3w
提取码：dfu2
压缩包解压密码：0daydown

1.2 下载URDF插件

URDF插件【官方下载】地址如下：
```
 http://wiki.ros.org/sw_urdf_exporter
```

URDF插件【网盘下载】地址如下：

 链接：https://pan.baidu.com/s/1OjHHbYYVexuZKGd3veA33w 提取码：j59t

二、建立机械臂坐标系

2.1 概要

在ROS中使用MoveIt!和Rviz对机械臂进行运动学求解，机械臂各个关节的坐标系建立可以直接在SolidWorks内完成。针对机械臂每一个关节，通常将基准轴与关节坐标系的Z轴重合，如下图所示。

2.2 建立坐标系

【注】若建立的机械臂各关节能直接添加基准轴，可省略第2步。

在SolidWorks功能区，点击【参考几何体】。
选择【点】，在机械臂基座上点击一个圆柱面（该圆柱面中心通常与第一个关节旋转轴在同一条线上）；在第一个关节位置，点击电机旋转轴所对应圆柱面，建立了第二个点；以此类推，直到机械臂第六个关节旋转轴的点建立完成；综上，一共建立了7个点。
选择【基准轴】，由于机械臂基座为静止状态，没有旋转运动，因此无需建立基准轴。从第一个关节开始，依次点击第2步所建立的点，完成基准轴的建立；综上，一共建立了6个基准轴。
选择【坐标系】，点击机械臂基座的“点”，将Z轴方向设成垂直机械臂基座朝上（Z轴参考面选择一个与底座平行的任意面即可），为便于区分，将基座标系命名为坐标系0，X轴方向和Y轴方向根据自身需求设置；从第一个关节到第六个关节，Z轴的方向统一设置成与第3步建立的基准轴重合，X轴方向和Y轴方向根据自身需求设置，坐标系命名为：坐标系1、坐标系2…坐标系6；综上，一共建立了7个坐标系。

三、转换URDF文件

3.1 加载URDF插件

在SolidWorks顶部菜单栏点击【工具】，点击最下方三角形图案，往下翻阅，点击【File】→【Export as URDF】，如下图所示。

3.2 配置机械臂参数

第一步：

【Link Name】：填写机械臂的基座名称，通常命名为base_link。
【Global Origin Coordinate System】：机械臂基座所对应参考坐标系，选择坐标系0。
【Link Components】：选择组成机械臂基座(base_link)的所有零件，如下图所示蓝色部分。
【Number of child links】：与机械臂基座(base_link)连接的子连杆数量，此处为1个。
点击base_link下的Empty_Link。

第二步：

【Link Name】：填写机械臂基座的子连杆名称，便于区分，将该子连杆命名为second。
【Joint Name】：填写关节名称，该关节连接的2个连杆为：base_link和second，便于区分，将该关节命名为joint_base_second。
【Reference Coordinate System】：连杆second所对应的坐标系，选择坐标系1。
【Reference Axis】：连杆second的旋转轴，选择基准轴1。
【Joint Type】：关节类型，选择旋转类型。
【Link Components】：选择组成连杆second的所有零件，如下图所示蓝色部分。
【Number of child links】：与连杆second连接的子连杆数量，此处为1个。
点击second下的Empty_Link

第三步：

【Link Name】：填写连杆second的子连杆名称，将该子连杆命名为third。
【Joint Name】：填写关节名称，该关节连接的2个连杆为：连杆second和连杆third，将该关节命名为joint_second_third。
【Reference Coordinate System】：连杆third所对应的坐标系，选择坐标系2。
【Reference Axis】：连杆third的旋转轴，选择基准轴2。
【Joint Type】：关节类型，选择旋转类型。
【Link Components】：选择组成连杆third的所有零件，如下图所示蓝色部分。
【Number of child links】：与连杆third连接的子连杆数量，此处为1个。
点击third下的Empty_Link。

第四步：

【Link Name】：填写连杆third的子连杆名称，将该子连杆命名为fourth。
【Joint Name】：填写关节名称，该关节连接的2个连杆为：连杆third和连杆fourth，将该关节命名为joint_third_fourth。
【Reference Coordinate System】：连杆fourth所对应的坐标系，选择坐标系3。
【Reference Axis】：连杆fourth的旋转轴，选择基准轴3。
【Joint Type】：关节类型，选择旋转类型。
【Link Components】：选择组成连杆fourth的所有零件，如下图所示蓝色部分。
【Number of child links】：与连杆fourth连接的子连杆数量，此处为1个。
点击fourth下的Empty_Link。

第五步：

【Link Name】：填写连杆fourth的子连杆名称，将该子连杆命名为fifth。
【Joint Name】：填写关节名称，该关节连接的2个连杆为：连杆fourth和连杆fifth，将该关节命名为joint_fourth_fifth。
【Reference Coordinate System】：连杆fifth所对应的坐标系，选择坐标系4。
【Reference Axis】：连杆fifth的旋转轴，选择基准轴4。
【Joint Type】：关节类型，选择旋转类型。
【Link Components】：选择组成连杆fifth的所有零件，如下图所示蓝色部分。
【Number of child links】：与连杆fifth连接的子连杆数量，此处为1个。
点击fifth下的Empty_Link。

第六步：

【Link Name】：填写连杆fifth的子连杆名称，将该子连杆命名为sixth。
【Joint Name】：填写关节名称，该关节连接的2个连杆为：连杆fifth和连杆sixth，将该关节命名为joint_fifth_sixth。
【Reference Coordinate System】：连杆sixth所对应的坐标系，选择坐标系5。
【Reference Axis】：连杆sixth的旋转轴，选择基准轴5。
【Joint Type】：关节类型，选择旋转类型。
【Link Components】：选择组成连杆sixth的所有零件，如下图所示蓝色部分。
【Number of child links】：与连杆sixth连接的子连杆数量，此处为1个。
点击sixth下的Empty_Link。

第七步：

【Link Name】：填写连杆sixth的子连杆名称（也即末端执行器的名称），将该子连杆命名为seventh。
【Joint Name】：填写关节名称，该关节连接的2个连杆为：连杆sixth和连杆seventh，将该关节命名为joint_sixth_seventh。
【Reference Coordinate System】：连杆seventh所对应的坐标系，选择坐标系6。
【Reference Axis】：连杆seventh的旋转轴，选择基准轴6。
【Joint Type】：关节类型，选择旋转类型。
【Link Components】：选择组成连杆seventh的所有零件，如下图所示蓝色部分。
【Number of child links】：与连杆seventh连接的子连杆数量，此处为0个。

第八步：

点击【Preview and Export】，显示下图关节属性配置界面，界面左端显示了六自由度机械臂的六个关节名称。
依次点击六个关节，在界面右端【Limit*】选项中设置关节极限角度范围，通常设为±90°，也即下界-1.57弧度，上界1.57弧度。
其余选项默认即可，点击界面右下角【Next】。

3.3 修改各连杆颜色

通过设定RGB颜色通道和Alpha透明度通道，将六自由度机械臂各个连杆设为不同颜色，便于后续修改机械臂参数以及在ROS环境中更直观模拟机械臂运动。
机械臂基座（base_link）：RGB通道设为111，Alpha透明度通道设为1，如下图所示，以此类推。
连杆second：RGB通道设为000，Alpha透明度通道设为1。
连杆third：RGB通道设为001，Alpha透明度通道设为1。
连杆fourth：RGB通道设为011，Alpha透明度通道设为1。
连杆fifth：RGB通道设为111，Alpha透明度通道设为1。
连杆sixth：RGB通道设为110，Alpha透明度通道设为1。
连杆seventh：RGB通道设为101，Alpha透明度通道设为1。
点击界面右下角【Export URDF and Meshes】导出URDF文件包，选择保存路径，并将文件包命名为arm（小写）。

3.4 修正URDF文件

进入上述导出的文件夹arm，需做如下两处改动：

进入launch文件夹，以文本方式打开display.launch，将第6行代码中False改为True。

<launch><argname="model" /><argname="gui"default="False" /><paramname="robot_description"textfile="$(find arm)/urdf/arm.urdf" /><paramname="use_gui"value="$(arg gui)" /><nodename="joint_state_publisher"pkg="joint_state_publisher"type="joint_state_publisher" /><nodename="robot_state_publisher"pkg="robot_state_publisher"type="state_publisher" /><nodename="rviz"pkg="rviz"type="rviz"args="-d $(find arm)/urdf.rviz" />
</launch>

在arm文件夹，以文本方式打开package.xml文件，将第10行代码email的内容修改为自己的邮箱。

<package format="2"><name>arm</name><version>1.0.0</version><description><p>URDF Description package for arm</p><p>This package contains configuration data, 3D models and launch files
for arm robot</p></description><author>TODO</author><maintainer email="TODO@email.com" /><license>BSD</license><buildtool_depend>catkin</buildtool_depend><depend>roslaunch</depend><depend>robot_state_publisher</depend><depend>rviz</depend><depend>joint_state_publisher</depend><depend>gazebo</depend><export><architecture_independent /></export>
</package>

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