ubuntu20.04使用rviz可视化查看urdf机器人模型
介绍
rviz：
- RViz 是 ROS（机器人操作系统）中的可视化工具。它就像是一个 “机器人世界的窗口”，让你能够看到机器人内部的数据和状态。在 ROS 的生态系统里，机器人的各个部分（如传感器、执行器等）通过节点（Node）来发送和接收信息。RViz 通过订阅这些节点发布的话题（Topic）来获取数据，然后将其以直观的图形化方式展示出来。
- 例如，当机器人的激光雷达扫描周围环境后，会将扫描数据发布到一个特定的话题上。RViz 可以订阅这个话题，把激光雷达数据以点云（Point Cloud）的形式显示出来，你就能看到机器人周围物体的大致轮廓，就像你在透过机器人的 “眼睛” 观察世界一样。
URDF文件：
- URDF（Unified Robot Description Format）即统一机器人描述格式，是一种用于描述机器人模型的 XML 文件格式。它是 ROS（机器人操作系统）中非常重要的一部分，其目的是提供一种标准化的方式来描述机器人的物理结构，包括机器人的连杆（links）、关节（joints）、视觉外观和惯性特性等诸多方面。
- URDF 文件可以被 RViz（ROS 可视化工具）读取并可视化展示。当你在 RViz 中加载一个 URDF 文件时，它会根据文件中的描述构建出机器人的 3D 模型。这样，你可以从不同的角度直观地查看机器人的外观结构，检查关节的连接是否正确以及连杆的形状是否符合预期。
一、安装必要的软件包
一般来说，之前正常安装了ros对应的版本以下步骤都做过了，可以跳过第一步，多来一遍流程也无妨
1、ROS（机器人操作系统）安装
首先确保已经安装了 ROS Noetic（因为 Ubuntu 20.04 对应的 ROS 版本是 Noetic）。如果没有安装，可以按照以下步骤进行安装：
- 设置软件源：
sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros - latest.list'- 添加密钥：
sudo apt - key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv - key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654- 更新软件包列表：
sudo apt update- 安装ROS Noetic桌面完整版（包含rviz等工具）：
sudo apt install ros - noetic - desktop - full- 初始化rosdep：rosdep 是一个用于安装 ROS 软件包的依赖项工具。
sudo rosdep init
rosdep update
- 设置环境变量：
将以下内容添加到.bashrc文件中（这样每次打开终端时都会自动设置环境变量）：
echo "source /opt/ros/noetic/setup.bash" >> ~/.bashrc然后在当前终端中使环境变量生效：
source ~/.bashrc二、创建工作空间（如果没有的话）
1、打开终端
- 创建一个新的工作空间目录（如果已经有工作空间可以跳过这一步）。例如，创建一个名为
catkin_ws的工作空间：
运行以下命令：
mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd ~/catkin_ws/src
- 初始化工作空间：
cd ~/catkin_ws/src
catkin_init_workspace
在src目录下，运行catkin_init_workspace命令。这会在src目录下创建CMakeLists.txt文件，它是构建 ROS 软件包的关键文件。
- 编译工作空间：
回到工作空间根目录（catkin_ws）并进行编译：
cd..
catkin_make
- 设置工作空间环境变量（添加到
.bashrc文件）：
echo "source ~/catkin_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc
2、将 URDF 文件放入工作空间
- 把 URDF 文件复制到
~/catkin_ws/src目录下（你也可以根据实际情况放在工作空间的其他合适位置）。假设URDF 文件名为tinker_urdf.urdf。 - 创建 ROS 软件包（如果还没有相关软件包）
在src目录下，创建一个新的 ROS 软件包（如果已经有用于存放 URDF 模型的软件包可以跳过这一步）。运行以下命令：
例如，创建一个名为tinker_robot_description的软件包（这里以tinker机器人为例，github连接在文末）
catkin_create_pkg tinker_robot_description urdf xacro
注意：这里urdf和xacro是软件包的依赖项，urdf用于处理 URDF 文件格式，xacro是一种用于简化 URDF 文件编写的工具。如果你的 URDF 文件是纯 URDF 格式，xacro依赖可以根据实际情况省略。
将 tinker_urdf.urdf 文件复制或移动到新创建的包目录下的 urdf 文件夹中（即 ~/catkin_ws/src/tinker_robot_description/urdf 路径下）。
3、检查 URDF 文件语法
在终端中，确保已经在 ROS 环境下（已经执行过 source /opt/ros/noetic/setup.bash ），并且位于包含 tinker_urdf.urdf 文件的目录（即 ~/catkin_ws/src/tinker_robot_description/urdf ）中，然后运行：
check_urdf tinker_urdf.urdf
如果语法正确，它会输出机器人模型的结构信息，例如各个连杆（link）、关节（joint）等相关信息；如果有错误，会显示相应的错误提示，你需要根据提示对 tinker_urdf.urdf 文件进行修改，直到通过语法检查。
三、创建启动文件（launch file）
1、创建launch文件夹：
在 tinker_robot_description 包的根目录下创建一个 launch 文件夹：
cd ~/catkin_ws/src/tinker_robot_description
mkdir launch2、创建launch文件：
进入 launch 文件夹，使用文本编辑器（如 gedit ）创建一个名为 display.launch 的文件，并添加以下内容：
这个启动文件的作用是：
- 通过
标签设置机器人描述参数（robot_description），它会读取指定的 URDF 文件内容。 - 启动
joint_state_publisher节点，用于发布机器人关节状态，这样在 rviz 中可以通过界面操作来改变关节角度等参数。 - 启动
robot_state_publisher节点，用于根据机器人的关节状态发布机器人的整体状态信息，确保 rviz 能正确获取模型的位姿等信息。 - 启动
rviz节点，并指定一个配置文件（urdf.rviz）路径，首次使用时如果这个配置文件不存在，后续可以在 rviz 中进行配置并保存下来方便后续使用。
四、启动相关节点并在 rviz 中查看模型
1、启动 ROS 核心：
打开一个新的终端，输入命令：
roscore
2、编译工作空间（如果有修改或者是首次使用该包）：
在另一个终端中，进入工作空间的根目录（catkin_ws），执行编译命令：
cd ~/catkin_ws
catkin_make3、启动 joint_state_publisher、robot_state_publisher 节点，同时打开 rviz 并加载模型：
执行以下命令（确保 display.launch 文件中参数传递格式正确）：
roslaunch tinker_robot_description display.launch model:=$(rospack find tinker_robot_description)/urdf/tinker_urdf.urdf
这时候 rviz 窗口会自动打开，在左侧的 “Displays” 面板中，确保 “RobotModel” 选项被勾选。这样就可以在 3D 视图区域看到 tinker_urdf 机器人模型的可视化效果了。可以通过拖动滑块（如果 joint_state_publisher 提供了可调节的关节滑块）来改变机器人的关节状态，观察模型的运动情况。、
报错问题排查
1、情况1
运行后会发现报错，具体内容为
Could not load resource [../meshes/base_link.STL]: Unable to open file "../meshes/base_link.STL".
说明在 URDF 文件中指定的用于表示机器人各个连杆可视化和碰撞几何形状的 .STL 格式的网格文件无法被正确加载，很可能是文件路径设置不正确或者对应的 .STL 文件确实不存在于指定的路径下。
我们要回到下载的tinker模型包中，找到mesh文件夹
复制内容到自己创建的tinker_robot_description包中（和launch同级目录）
并且确保 URDF 文件里 filename 属性指定的路径是正确的。例如在 标签内有这样的定义：
这里的 ../meshes/ 路径表示相对于 URDF 文件所在目录的上级目录下的 meshes 文件夹。你需要确认实际的 .STL 文件是否就在这个相对路径所指向的位置。如果路径不对，可以修改为正确的相对路径或者绝对路径（例如使用绝对路径 /home/user（根据自己名字修改）/catkin_ws/src/tinker_robot_description/meshes/base_link.STL 这种形式，要根据实际文件存放位置来写）。
这个时候再去运行
roslaunch tinker_robot_description display.launch model:=$(rospack find tinker_robot_description)/urdf/tinker_urdf.urdf
2、情况2
有可能出现以下情况
模型全白，左侧有报错
这是因为通常意味着在导入的机器人系统里，找不到从 base_link 这个连杆到 map 坐标系的坐标变换关系，其他关节连接处也有类似情况。
例如：报错内容No transform from [link_l_roll] to [map] 表明在 TF 树中没有从 map 到 link_l_roll 的变换。问题可能出在以下几点：
- URDF 文件中未正确连接
link_l_roll到机器人模型的根链接（base_link）。 - 缺乏
map到base_link的静态变换。 robot_state_publisher没有正常发布 TF。
需要去做相应排查
我经过排查发现是相关的静态变换未发布，有两个解决方案
1、添加静态变换
终端运行以下命令临时发布静态变换：
rosrun tf static_transform_publisher 0 0 0 0 0 0 map base_link 10
2、修改.launch文件
在启动文件中添加静态变换节点：
因此将launch文件修改为如下内容
保存重新执行roslaunch
加载成功
近期在使用ros进行模拟仿真，使用rviz查看urdf机器人模型，以上是学习笔记，欢迎探讨交流
附tinker机器人urdf文件github链接：Tinker/development at main · Yuexuan9/Tinker · GitHub
