机器人 URDF 建模与 Isaac Sim 仿真配置

完成开发环境搭建后，下一步是构建机器人模型。URDF 是描述机器人运动学与动力学属性的核心文件，由 XML 标签构成。

一、URDF 建模

1. 从零编写（学习/简单模型）

• 使用文本编辑器或 VS Code 直接编写 URDF/Xacro 文件。
• 官方 urdf_tutorial 包提供了从视觉、碰撞属性到使用 Xacro 宏语言优化代码的完整指南。推荐按照'视觉 -> 可动 -> 物理属性 -> Xacro'的顺序逐步学习。
• 工作流：通常在一个 _description 功能包中创建 urdf、meshes、launch、config 文件夹。

2. 从 CAD 软件导出（复杂模型）

• 工具：使用 sw_urdf_exporter 插件从 SolidWorks 导出。
• 注意：导出前需要清理模型（删除螺丝等不影响仿真的内部零件），并为每个关节手动定义坐标系和旋转轴，这一步是模型准确性的关键。导出的包通常已经包含初步的 launch 文件用于在 RViz 中测试。

二、Isaac Sim 仿真配置

有了 URDF 模型后，需要针对不同的仿真器进行配置。这里重点针对 Isaac Sim 环境。

路径 A：在 Isaac Sim 中从 URDF 开始（使用原生导入）

Isaac Sim 提供了强大的 URDF 导入工具，这是最直接的路径。

1. 导入 URDF：在 Isaac Sim 中，通过 File > Import 选择你的 URDF 文件。
2. 导入配置：在弹出的 ImportConfig 面板中，关键选项如下：
   • fixBase：通常勾选，将机器人的底座固定在世界中（对于机械臂而言）。
   • mergeFixedJoints：合并固定的关节，简化模型结构。
   • selfCollision：如需启用自碰撞检测（如运动规划时避免手臂撞到自己），勾选此项。
   • defaultDriveStrength / defaultPositionDriveDamping：设置关节驱动器的刚度和阻尼，影响电机响应的'软硬'程度。
3. 转换成 USD：导入过程实际上是 Isaac Sim 在后台将 URDF 解析并转换为原生的 USD 格式。你会在 Stage 树中看到机器人完整的结构。

路径 B：为高级运动规划生成专用配置（针对 RMPflow / cuMotion）

这是让机器人在 Isaac Sim 中实现更智能、更流畅运动的关键步骤。标准的 URDF 不足以支持 Isaac Sim 的先进运动规划算法，需要补充配置。

1. 启用扩展：确保启用 Isaac Sim USD to URDF Exporter 和 Lula Robot Description 扩展。
2. 定义关节属性：打开 Lula Robot Description Editor 并点击 Play 启动仿真。在 Set Joint Properties 面板中，区分关节类型：
   • Active Joint：由规划器直接控制的关节（如机械臂的 6 个或 7 个轴）。
   • Fixed Joint：在运动规划过程中保持固定的关节（如夹爪的关节，通常由单独的逻辑控制）。
3. 生成碰撞球（关键步骤）：Lula 算法使用碰撞球而非复杂的网格进行碰撞检测，以实现超高的计算效率。
   • 操作：在 Link Sphere Editor 中，为每个 Active 的连杆选择对应的碰撞或视觉网格，然后自动生成或手动调整一组红色球体来包裹该连杆。