Matlab - Solidworks 機器人模型聯合仿真(2)如何把CAD文件轉化成URDF文件

前沿: 在進行機器人仿真時建模往往是一項比較繁瑣的工作,URDF(Unified Robot Description Format,統一機器人描述格式)作爲一個很常用的機器人描述格式,能很方便的讓我們進行機器人動力學和運動學仿真。Matlab、ROS、V-rep都支持URDF,這裏介紹一種可以直接把sw文件轉化成URDF格式的方法。

1.準備工作

1.1 去這裏下載solidworks to urdf插件安裝包,然後直接安裝(安裝位置隨意,裝哪裏sw都能識別,需要注意的是這個插件面向的是sw2018及更新版本的sw,舊版本可能會用不了,盜版sw也有可能用不了,如果出問題建議重裝更新版本的sw)

1.2 打開sw,點擊工具-插件,在SW2URDF處打勾勾。接着在文件下拉菜單裏就會多一個Export as URDF選項,然後我們就可以愉快的使用了。(也會有安裝插件並打勾之後未出來這個選項的情況出現,我就遇到了這種情況,不才,未找到解決方法,重裝了sw)

2.DH法建立機械臂座標系

2.1 準備機械圖紙

準備好機械圖紙,確定好各個連桿關節之間的關係,沒有圖紙的在這裏下載,我這邊的機械模型如下:
在這裏插入圖片描述

  • 基底和轉動臺由轉動關節1相連
  • 轉動臺與連桿1由轉動關節2相連
  • 連桿1與連桿2由轉動關節3相連

2.2 確定初始位置

確定一個機械臂的初始位置,並把你的機械模型的CAD也調整到初始位置
在這裏插入圖片描述
如果你是使用配合來調整的話,爲了防止完全定義的裝配體影響生成的URDF文件,調整完初始位置記得壓縮掉相關配合,給裝配體留下相應的自由度,不然系統自動生成的座標系的位置不正確。

2.3 附上座標軸

提取出機械臂的簡化模型,並按照DH法附上關節座標系
在這裏插入圖片描述
我這裏紅色是x軸,藍色是z軸,綠色是y軸

3.把模型轉換成URDF格式

3.1 生成關節座標軸和座標系

打開你的機械模型,點擊file——File-Export as URDF
界面左邊會出現導出選項(這是我未調整初始位形時截的圖,但不影響講解。這裏我們先讓系統自動幫我們生成關節軸和座標系,然後再自行調整,其實更好的做法是我們自己定義好關節主軸,然後再用urdf導出工具選擇關節對應的主軸生成urdf)
在這裏插入圖片描述

  1. 先點擊第一個模塊,也就是我們機械模型的基底
  2. 命名 link name 爲 base
  3. base爲我們固定的世界座標系提供參考,系統會自動幫我們配置世界座標系位置
  4. base 連着一個子模塊,也就是轉動臺。於是把child link 數目調至1
  5. 進行下一個link的配置,點擊empty,再點擊轉動臺
    在這裏插入圖片描述
  6. 點擊模型裏的轉動臺
  7. 給連桿起名字
  8. 給關節起名字
  9. 參考座標系,現在我們沒有定義座標系,讓系統自動生成,等下自己調整
  10. 參考座標軸,同上放默認,等下自己調整
  11. 選你的關節類型,我們這裏是轉動關節,因此選擇 revolute
  12. 轉動臺連着一個子連桿,因此子連桿數目調至1
  13. 再點擊 empty 再點擊連桿1,以此類推完成所有的配置

最後一個link 沒有子連桿,因此子連桿數目默認0就可以。 待所有關節和連桿配置完成以後,點擊preview and export
在這裏插入圖片描述
這時系統會自動根據你的配置來放置座標軸和座標系,幾秒鐘之後彈出窗口:
在這裏插入圖片描述
這裏可以點擊左邊窗口的 link 來查看並且修改一些參數,這時我們還不能直接點擊next。我們還需要檢查並調整剛剛系統自動生成的座標系和座標軸。

3.2 調整座標系

關掉這個窗口,看我們的模型窗口,我們發現我們的模型多了一些座標軸和座標系。
在這裏插入圖片描述
仔細查看這幾個座標系

  • Origin_global 就是系統定義的全局座標系
  • Origin_global1 ~ Origin_global3 就是我們的關節所在的座標系
  • Axis_joint1~ Axis_joint3 是我們的關節軸

仔細觀察各個座標系,我們發現它與我們之前自己根據DH法定義的座標系不同,因此需要我們做出相關調整。

  1. 選中座標軸
  2. 點擊 edit feature 進入座標系調整頁面
  3. 根據情況調整

這裏不再贅述。

3.3 應用調整好的座標系

座標系調整結束之後,再次點擊file——File-Export as URDF,然後重複3.1的步驟,只不過Coordinate system 和 axis 需要選擇我們剛剛調整過的最終的座標系和座標軸。所有關節和link都要配置。
在這裏插入圖片描述
配置結束之後繼續點擊preview,進行最後的參數調整。

3.4 最後的參數調整及生成urdf文件

在彈出的窗口裏是給我們做關節參數調整的。點擊左邊窗口的各個joint可以查看關節座標系的位置和方向。我們查看三個關節,發現關節2的旋轉正方向不對,這裏我們改成 1
在這裏插入圖片描述
初學者,其他參數我們暫時不管,點擊下一步。

彈出第二個參數調整,這裏是連桿參數的窗口,我們查看各個連桿,發現Inertia那一欄很多超級小的數字,可以改爲0在這裏插入圖片描述
如果最後參數確認無誤的話,再點擊Export URDF and Meshes…(如果點擊左邊的Export URDF only的話,系統只會生成urdf文件,在仿真的時候沒有mesh文件,因此你不能看到3D仿真圖形)

選擇生成文件的位置,並保存,很快提示你生成成功。我們定位到文件位置,最終生成了下面的這些文件。
在這裏插入圖片描述
大功告成,下一篇講解如何把 urdf 導入到 matlab 進行仿真

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