ROS2 从零认识 URDF：机器人模型描述的说明书

2. 核心组件一：<link>——机器人的'零件'

<link>是 URDF 中描述机器人刚体零件的基本单元，比如底座、车轮、机械臂的小臂，都对应一个<link>。一个完整的<link>包含三大核心子节点，分别负责'外观''碰撞''重量'，三者缺一不可。

（1）<visual>：定义零件的'长相'（仅用于显示）

<visual>子节点只负责机器人在 RViz2 中的可视化效果，不参与任何物理计算，就像给零件'穿衣服'。它包含三个关键部分：

• <origin>：定义零件的局部坐标系相对于连杆原点的位姿，参数xyz表示平移（单位：米），rpy表示旋转（单位：弧度，绕 x→y→z 轴旋转）；
• <geometry>：定义零件的几何形状，支持四种基础形状 + 外部 3D 模型；
• <material>：定义零件的颜色，需要提前定义材质。

常见几何形状示例：

<link name="base_link">
    <!-- 连杆名称：base_link（底座），全局唯一 -->
    <visual>
        <!-- 位姿：在原点，无旋转 -->
        <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
        <geometry>
            <!-- 立方体：长×宽×高=0.5m×0.5m×0.1m -->
            <box size="0.5 0.5 0.1"/>
            <!-- 可选形状：圆柱体（长度×半径） <cylinder length="0.2" radius="0.1"/> -->
            <!-- 可选形状：球体（半径） <sphere radius="0.15"/> -->
            <!-- 可选：外部 3D 模型（stl/dae 格式，需放在功能包的 meshes 目录） <mesh filename="package://my_robot/meshes/base.stl"/> -->
        </geometry>
        <!-- 引用材质：gray（灰色） -->
        <material name="gray"/>
    </visual>
</link>

（2）<collision>：定义零件的'碰撞边界'（物理计算用）

<collision>子节点负责机器人的碰撞检测和物理仿真，比如机器人会不会撞到桌子、车轮会不会碰到障碍物，都靠这个节点定义。

关键注意点：

• <collision>的几何形状可以和<visual>不一样！比如<visual>用复杂的 3D 模型（好看），<collision>用简单的立方体（减少计算量），这是仿真优化的常用技巧；
• 语法和<visual>完全一致，只需要把<visual>标签换成<collision>。

示例：

<link name="base_link">
    <visual>...</visual>
    <!-- 外观是复杂模型 -->
    <!-- 碰撞形状用简单立方体，提升仿真效率 -->
    <collision>
        <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
        <geometry>
            <box size="0.5 0.5 0.1"/>
        </geometry>
    </collision>
</link>

（3）<inertial>：定义零件的'重量和惯性'（动力学计算用）

<inertial>子节点描述零件的质量和惯性矩阵，是机器人运动学、动力学计算的核心——比如关节需要多大的力才能转动、机器人加速时会有多大惯性，都靠这个节点。

对于小白来说，记住两个核心参数即可：

• <mass>：零件的质量，单位是千克（kg）；
• <inertia>：惯性矩阵，是一个 3×3 的对称矩阵，参数ixx/ixy/ixz/iyy/iyz/izz分别对应矩阵的 6 个独立元素。

小技巧：简单形状的惯性矩阵可以用公式计算（比如立方体：ixx = m*(y²+z²)/12），复杂形状可以用 Blender、FreeCAD 等工具计算，不用手动硬算。

示例：

<link name="base_link">
    <visual>...</visual>
    <collision>...</collision>
    <inertial>
        <mass value="1.0"/>
        <inertia ixx="0.1" ixy="0.0" ixz="0.0" iyy="0.1" iyz="0.0" izz="0.1"/>
    </inertial>
</link>