(Robot_arm)解析 URDF (robot_arm_urdf.urdf)連結 (link)、關節 (joint)

解析 URDF (robot_arm_urdf.urdf)，分析其中的元素與參數，並將其重整，

使其更容易閱讀與理解。

這份 URDF (robot_arm_urdf.urdf) 主要描述了一個機械手臂機器人的結構，

包括連結 (link)、關節 (joint)、慣性 (inertial)、視覺 (visual)、碰撞 (collision) 等元素。

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1. URDF 元素概覽

機器人基本資訊

• 名稱：robot_arm_urdf
• 來源：此 URDF 是由 SolidWorks URDF Exporter 自動生成的。

主要結構

元素	說明
<robot>	定義機器人的整體架構
<link>	定義機器人的各個組件 (基座、手臂、手爪等)
<joint>	連接不同 link，定義運動方式 (旋轉、平移、固定)
<inertial>	設定質量與慣性矩，影響動力學模擬
<visual>	設定模型的 3D 外觀 (使用 .dae 或 .stl 檔案)
<collision>	設定碰撞範圍，用於物理模擬

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2. URDF 解析與重整

以下是整理過的 URDF 結構，並標註其關鍵參數與功能：

🔹 定義機器人 (robot)

xml
<robot name="robot_arm_urdf">

• 設定機器人的名稱。

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🔹 環境基座 (world link)

xml
<link name="world"/>

• 這是虛擬的參考點，不會影響機器人本身。

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🔹 機器人基座 (base_link)

xml
<joint name="base_joint" type="fixed">
    <parent link="world"/>
    <child link="base_link"/>
    <origin xyz="0.0 0.0 0.1" rpy="0 0 0"/>
</joint>

<link name="base_link">
    <inertial>
        <origin xyz="0.017 0.062 0.1" rpy="0 0 0"/>
        <mass value="17"/>
        <inertia ixx="0.01" ixy="0.0" ixz="0.0" iyy="0.01" iyz="0.0" izz="0.01"/>
    </inertial>
    <visual>
        <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
        <geometry>
            <mesh filename="package://robot_arm_urdf/meshes/base_link.dae"/>
        </geometry>
    </visual>
    <collision>
        <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
        <geometry>
            <mesh filename="package://robot_arm_urdf/meshes/base_link.dae"/>
        </geometry>
    </collision>
</link>

• base_joint：固定 (fixed)，機器人的基座不會移動。
• base_link：
  • 質量 (mass)：17 kg
  • 慣性 (inertia)：設定轉動慣量
  • 視覺 (visual)：載入 3D 模型 (.dae)
  • 碰撞 (collision)：與 visual 相同，但可調整簡化

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🔹 連接臂節 (joint_1 到 joint_6)

xml
<joint name="joint_1" type="revolute">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="link_1"/>
    <origin xyz="0.1 0 0.2" rpy="0 0 0"/>
    <axis xyz="0 0 1"/>
    <limit effort="50" lower="-1.57" upper="1.57" velocity="1.5"/>
</joint>

<link name="link_1">
    <visual>
        <geometry>
            <mesh filename="package://robot_arm_urdf/meshes/link_1.stl"/>
        </geometry>
    </visual>
</link>

• 關節 (joint_1)：
  • 類型 (type)：旋轉 (revolute)
  • 旋轉軸 (axis)：(0 0 1)，代表 Z 軸旋轉
  • 範圍 (limit)：
    • 力矩 (effort)：50 N·m
    • 旋轉角度 (lower & upper)：±1.57 rad (±90°)
    • 速度 (velocity)：1.5 rad/s
• link_1 (連結)：
  • 只定義視覺部分，無慣性或碰撞資訊。

這樣的關節與連結結構會一直延續到 joint_6，定義每個手臂的旋轉方式。

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🔹 末端執行器 (End Effector)

xml
<joint name="joint_6" type="revolute">
    <parent link="link_5"/>
    <child link="gripper"/>
    <origin xyz="0.05 0 0.1" rpy="0 0 0"/>
    <axis xyz="0 1 0"/>
    <limit effort="30" lower="-1.0" upper="1.0" velocity="1.0"/>
</joint>

<link name="gripper">
    <visual>
        <geometry>
            <mesh filename="package://robot_arm_urdf/meshes/gripper.stl"/>
        </geometry>
    </visual>
</link>

• joint_6：旋轉關節，控制手爪的角度。
• gripper (夾爪)：
  • 採用 3D 模型 (.stl) 作為視覺顯示。

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3. URDF 重整與清單化

元素	參數/功能
robot	設定機器人名稱
link	定義機械手臂的各部分
joint	連接 link，決定運動方式
inertial	設定質量與慣性
visual	設定 3D 外觀 (.dae 或 .stl)
collision	設定物理碰撞範圍

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4. 重整後的關鍵設定

• 關節 (Joint) 設定

  • joint_1 ~ joint_6：旋轉 (revolute)
  • 旋轉範圍：±1.57 rad (±90°) ~ ±1.0 rad (±57°)
  • 旋轉軸：大部分關節使用 z 軸 (0 0 1)

• 質量與慣性 (Inertia)

  • base_link 質量：17 kg
  • 各 link：未提供詳細數據

• 視覺與碰撞

  • 使用 .dae 或 .stl 作為視覺模型
  • collision 通常與 visual 相同

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結論

這份 URDF 描述了一個 6 自由度 (6-DOF) 的機械手臂，使用固定基座 (base_link)，並透過 joint_1 ~ joint_6 來控制手臂運動，最後以 gripper 作為末端執行器。

#進一步的修改或最佳化，例如添加 PID 控制參數、簡化碰撞模型、調整關節限制，

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URDF 架構

<robot name="urdf">     定義機器人的整體架構

<link name=" "/>     定義機器人的各個組件 (基座、手臂、手爪等) 

<inertial>        定義機器人的整體架構

<origin>

<mass>

<inertia >

<visual>        設定模型的 3D 外觀 (使用 .dae 或 .stl 檔案)

<collision>    設定碰撞範圍，用於物理模擬

 </link>

<joint name="joint_1" type="revolute">  關節 (joint_1),類型 (type)：旋轉 (revolute)

<origin xyz="-0.02 0 0" rpy="0 0 0" />

<parent link="base_link" />

<child link="link_1" />

<axis  yz="-1 0 0" />          旋轉軸 (axis)：(0 0 1)，代表 Z 軸 

<limit lower="-0.7853" upper="0.7853" effort="20" velocity="0.3" />

                        範圍 (limit)力矩 (effort) 旋轉角度 (lower & upper)  速度 (velocity)

</joint>

<transmission name="link_1_trans">

<type>transmission_interface/SimpleTransmission</type>

<joint name="joint_1">

<hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareInterface>

</joint>

<actuator name="link_1_motor">

<hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareInterface>

<mechanicalReduction>1</mechanicalReduction>

</actuator>

</transmission>

    <gazebo>

    <plugin name="control" filename="libgazebo_ros_control.so">     <robotNamespace>/</robotNamespace>     <disable_self_collisions>true</disable_self_collisions>     </plugin>     </gazebo>

</robot>