ROS2 基础：从零理解 URDF 机器人模型描述格式

2. 核心组件一：<link>——机器人的'零件'

<link> 描述机器人的刚体部件，如底座、车轮或小臂。一个完整的 link 包含三大子节点，分别负责外观、碰撞检测与物理属性。

（1）<visual>：定义零件的'长相'

此节点仅用于 RViz2 中的可视化显示，不参与物理计算。它包含三个关键部分：

• <origin>：定义局部坐标系相对于连杆原点的位姿（xyz 平移，rpy 旋转）；
• <geometry>：定义几何形状（立方体、圆柱体、球体或外部 mesh 模型）；
• <material>：定义颜色或材质引用。

常见几何形状示例：

<link name="base_link">
    <visual>
        <!-- 位姿：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：圆柱体 <cylinder length="0.2" radius="0.1"/> -->
            <!-- 可选：球体 <sphere radius="0.15"/> -->
            <!-- 可选：外部模型 <mesh filename="package://my_robot/meshes/base.stl"/> -->
        </geometry>
        <material name="gray"/>
    </visual>
</link>

（2）<collision>：定义零件的'碰撞边界'

此节点负责物理仿真中的碰撞检测。优化仿真效率时，常将 <collision> 设为简单的几何体（如立方体），而 <visual> 使用复杂模型。

<link name="base_link">
    <visual>...</visual>
    <!-- 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'

这是动力学计算的核心，描述质量与惯性矩阵。关键参数包括：

• <mass>：质量（单位 kg）；
• <inertia>：3×3 对称矩阵元素（ixx, ixy, ixz, iyy, iyz, izz）。

对于规则形状，可使用公式计算（如立方体 ixx = m*(y²+z²)/12）；复杂形状建议使用 Blender 或 FreeCAD 导出。

<link name="base_link">
    <visual>...</visual>
    <collision>...</collision>
    <inertial>
        <mass value="1.0"/>
        <inertia ixx="0.01" ixy="0.0" ixz="0.0" iyy="0.01" iyz="0.0" izz="0.01"/>
    </inertial>
</link>

完成上述结构定义后，即可生成有效的 URDF 文件供 ROS2 系统加载。后续章节将深入讲解关节定义、实战编写完整机器人模型及语法验证流程。