Unified Robot Description Format

Unified Robot Description Format (URDF) Walter Fetter Lages fetter@ece.ufrgs.br Universidade Federal do Rio Grande do Sul Escola de Engenharia Departamento de Sistemas Elétricos de Automação e Energia ENG10026 Robótica A Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 1 Introdução • URDF é uma especificação XML para descrever robôs. • Apenas estruturas em árvore podem ser representadas • Não é apropriada para robôs paralelos • A especificação cobre: • Cinemática • Dinâmica • Representação visual • Modelo de colisão Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 2 Modelo • A descrição consiste de elos e juntas • Outros tags XML podem ser incluidos mas são ignorados • Podem ser utilizados por outros subsistemas, como simuladores e controladores Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 3 Modelo <robot name="nome_do_robo"> <link> ... </link> <link> ... </link> <link> ... </link> <joint> .... </joint> <joint> .... </joint> <joint> .... </joint> </robot> Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 4 Elo • Nome • Parâmetros de inércia • Propriedades visuais • Propriedades de colisão Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 5 Elo <link name="elo1"> <inertial> ... </inertial> <visual> ... </visual> <collision> ... </collision> </link> Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 6 <inertial> • Propriedades de inércia do elo <origin>: Centro de massa em relação ao sistema de referência do elo xyz: offset em x, y, z rpy: ângulos de rolamento, arfagem e guinada <mass>: Massa do elo <inertia>: elementos da matriz de inércia: ixx, ixy, ixz, iyy, iyz e izz Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 7 <inertial> <inertial> <origin xyz="0 0 0.5" rpy="0 0 0"/> <mass value="1"/> <inertia ixx="100" ixy="0" ixz="0" iyy="100" iyz="0" izz="100"/> </inertial> Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 8 Ti Momento de Inércia Panel Ly = aCe i aCe ee Iyy = i i i (xy) pdu i ACO G | i i i (yz) pdv du: diferencial de volume p: densidade volumétrica de massa A a uFkcs (Viomentos de Inercia - Cubo aya Lo ; Lf § w ear ay, y ed a ae) Y in yD Cc oa Le ee Ley = Ty, = Ty, =0 G 2 e @ @ urrcs \Viomentos de Inércia - Cilindro | as | z oo ro NL | SS h _besnenentmel CO oO Ah Z i 7 W (Aa) a —_ 2 y Copvricht (c) Walter Fetter Lages — pn. 1] Momentos de Inércia - Esfera Ixx = Iyy = Izz = 2mr2 5 Ixy = Ixz = Iyz = 0 Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 12 <visual> • Propriedades visuais do elo name: (opcional) nome do elo <origin>: (opcional) Sistema de coordenadas do elemento visual em relação so sistema de coordenadas do elo xyz: offset em x, y, z rpy: ângulos de rolamento, arfagem e guinada Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 13 <visual> <geometry>: Forma visual o objeto <box>: a origem da caixa está no seu centro size: atributo com as três dimensões da caixa. A origem está no centro. <cylinder>: a origem do cilindro está no seu centro radius: raio do cilindro length: comprimento do cilindro <sphere>: a origem da esfera está no seu centro radius: raio do cilindro <mesh>: mesh especificado no formato Collada (.dae) ou StereoLitography (.stl) filename: nome do arquivo scale: (opcional) escala Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 14 <visual> <material>: (optional) material do elemento visual name: nome do material <color>: (optional) cor do material rgba: cor do material representado por red/green/blue/alpha, na faixa [0,1] <texture>: (optional) textura filename: arquivo especificando a textura Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 15 <visual> <visual> <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /> <geometry> <box size="1 1 1" /> </geometry> <material name="Cyan"> <color rgba="0 1.0 1.0 1.0"/> </material> </visual> Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 16 <collision> • Propriedades de colisão do elo name: (opcional) nome do elo <origin>: (opcional) Sistema de coordenadas do elemento de colisão em relação so sistema de coordenadas do elo xyz: offset em x, y, z rpy: ângulos de rolamento, arfagem e guinada <geometry>: Forma de colisão o objeto, especificada de maneira semelhante à forma visual Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 17 <collision> <collision> <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/> <geometry> <cylinder radius="1" length="0.5"/> </geometry> </collision> Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 18 Junta • Nome • Tipo • Propriedades: origem (opcional), elo pai, elo filho, eixo (opcional), calibragem (opcional), dinâmica (opcional), limites (opcional, exceto para revolutas e prismáticas), mímica (opcional), controlador de segurança (opcional) Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 19 Junta <joint name="..." type="..."> <parent link="..." /> <child link="..." /> <axis xyz="0 0 1" /> </joint> Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 20 Tipo da Junta revolute: junta rotacional continuous: junta rotacional, sem limite, como uma roda prismatic: junta prismática fixed: junta fixa, que não se move floating: movimento nos 6 graus de liberdade planar: movimento no plano perpendicular ao eixo Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 21 <origin> • Origem da junta • Transformação do elo pai para o elo filho xyz (opcional): offset em x, y, z rpy (opcional): ângulos de rolamento, arfagem e guinada Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 22 <parent> e <child> • Elos Pai e Filho da Junta (obrigatórios) • parâmetro link: nome do elo pai ou filho Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 23 <axis> • Eixo da junta (opcional) xyz: componentes do versor descrevendo o eixo da junta Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 24 <calibration> • Calibragem da junta (opcional) rising (opcional): quando movendo na direção positiva esta posição gera uma borda de subida falling (opcional): quando movendo na direção positiva esta posição gera uma borda de descida Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 25 <dynamics> • Dinâmica da junta (opcional) damping (opcional): amortecimento da junta (Ns/m para juntas prismáticas e Nms/rad para juntas rotacionais) friction (opcional): fricção na junta (N para juntas prismáticas e Nm para juntas rotacionais) Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 26 <limit> • Limites da junta (opcional, exceto para juntas prismáticas e rotacionais) lower (opcional): limite inferior da posição da junta upper (opcional): limite superior da posição da junta effort: máximo esforço na junta (em valor absoluto) velocity: máxima velocidade na junta (em valor absoluto) Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 27 <mimic> • A junta mimetiza outra junta, eventualmente com um multiplicador e um offset (opcional). value=multipliner * joint + offset. joint: junta mimetizada multiplier (opcional): multiplicador (default = 1) offset (opcional): offset (default = 0) Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 28 <safety_controller> • Controlador de segurança da junta (opcional) • Estabelece saturções por software para a junta soft_lower_limit (opcional): limite inferior a partir do qual o controlador de segurança começa a atuar soft_upper_limit (opcional): limite superior a partir do qual o controlador de segurança começa a atuar k_position (opcional): relação entre os limites de posição e velocidade k_velocity: relação entre os limites de esforço e velocidade Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 29 Controlador de Segurança Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 30 Controlador de Segurança Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 31 Junta <joint name="joint_1" type="revolute"> <parent link="parent_name" /> <child link="child_name" /> <axis xyz="0 0 1" /> <limit effort="30" lower="−2.6" upper="2.6" velocity="2.0" /> <safety_controller k_velocity="0.5" /> <dynamics damping="0.9" friction="0.42" /> </joint> Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 32 Transmissão • Associa uma junta a um atuador • Parâmetros: • Nome • Tipo • Junta • Atuador Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 33 Transmissão <transmission name="simple_trans"> <type>transmission_interface/SimpleTransmission</type> <joint name="foo_joint"> <hardwareInterface>hardware_interface/EffortJointInterface</ hardwareInterface> </joint> <actuator name="foo_motor"> <mechanicalReduction>50</mechanicalReduction> </actuator> </transmission> Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 34 <type> • Tipo da transmissão transmission_interface/SimpleTransmission: transmissão simples transmission_interface/DifferentialTransmission: transmissão diferencial Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 35 <joint> • Junta associada à transmissão name: nome da junta <hardwareInterface>: tipo de interface de hardware da junta EffortJointInterface: Junta acionada por esforço (torque ou força) VelocityJointInterface: Junta acionada por velocidade PositionJointInterface: Junta acionada por posição Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 36 <actuator> • Atuador associado à transmissão name: nome do atuador <mechanicalReduction>: Redução na transmissão Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 37 Gazebo • Para que robôs descritos em URDF funcionem adequadamente no Gazebo é necessário que sigam algumas convenções: • Cada elo deve ter um elemento <inertia> • Cada elo pode ter um elemento <gazebo> • converter cores para o formado do Gazebo • converter arquivos stl para arquivos dae • adicionar plugins para sensores • Cada junta pode ter um elemento <gazebo> • configurar o amortecimento da junta • adicionar plugins para o atuador • O robô pode ter um elemento <gazebo> • O elo <link name="world"/> pode ser usado para fixar rigidamente o robô no ambiente Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 38 Elementos <gazebo> para Elos <material>: Material do elemento visual <gravity>: se true, usar gravidade <dampingFactor>: fator de amortecimento de velocidade <maxVel>: máxima velocidade de correção em contatos <minDepth>: profundidade mínima de contato antes do impulso de correção <mu1>, <mu2>: coeficientes de fricção <fdir1>: direção de mu1 <kp>: rigidez de contato <kd>: amortecimento de contato <selfCollide>: se true o elo pode colidir com outros elos <maxContacts>: número máximo de contatos <laserRetro>: intensidade de retorno do sensor laser Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 39 Material • Os materiais estão descritos em /usr/share/gazebo/media/ materials/scripts/gazebo.material Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 40 Elementos <gazebo> para Elos <gazebo reference="link2"> <mu1>0.2</mu1> <mu2>0.2</mu2> <material>Gazebo/Black</material> </gazebo> Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 41 Elementos <gazebo> para Juntas <kp>: rigidez <kd>: amortecimento <stopCfm>: força de restrição quando não parada <stopErp>: parâmetro de redução de erro <provideFeedback>: quando em true permite a junta publicar força e torque via um plugin do Gazebo <cfmDamping>: quando em true usar CFM para simular o amortecimento, permitindo amortecimento infinito <fudgeFactor>: escala para a força em exesso quando a junta está no limite, entre zero e um. Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 42 Elementos <gazebo> para Robôs <static>: quando em true o robô é imóvel Copyright (c) Walter Fetter Lages – p. 43