Modelo para simulación brazo MYRAbot (urdf+gazebo)

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Creación del modelo URDF

El formato empleado para el modelo del brazo está denominado por el acrónimo inglés URDF (Unified Robot Description Format), que emplea el lenguaje xml. Consiste en un arbol de lementos geométricos (links) conectados entre sí mediante uniones (joints) que determinan el parentesco entre ellos. Estas uniones puden ser fijas o móviles, las móviles pueden ser a su vez rotacionales o lineales.

Comenzaremos creando el package "brazo_fer_modelo" que va a contener el modelo de nuestro brazo, con las siguientes pedendencias: urdf brazo_fer std_msgs sensor_msgs tf roscpp

El modelo planteado para nuestro brazo es el siguiente, que guardaremos en el directorio "urdf" del package creado en un archivo llamado "brazo.urdf.xacro": 

<?xml version="1.0"?>

<robot name="MYRAbot_arm" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">

<xacro:macro name="default_inertia">
      <inertia ixx="0.001" ixy="0.0" ixz="0.0" iyy="0.001" iyz="0.0" izz="0.001"/>
</xacro:macro>

<xacro:macro name="default_inertia_servos">
      <inertia ixx="0.01" ixy="0.0" ixz="0.0" iyy="0.01" iyz="0.0" izz="0.01"/>
</xacro:macro>

<xacro:macro name="default_dynamics">
      <dynamics fricction="0" damping="0" />
</xacro:macro>

  <link name="world" />

  <joint name="fixed" type="fixed">
    <parent link="world"/>
    <child link="base_link"/>
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
    <axis xyz="0 0 1" />  
  </joint>
    
  <link name="base_link">
    <visual>
      <geometry>
        <box size="0.032 0.05 0.04"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0 -0.0135 0.020"/>
      <material name="black">
        <color rgba="0 0 0 1"/>
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0 -0.0135 0.020"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.032 0.05 0.04"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0 -0.0135 0.020"/>			
      <mass value="0.055"/>
	  <xacro:default_inertia_servos />
    </inertial>       
  </link>

  <joint name="base" type="revolute">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="hombro_link"/>
    <origin xyz="0 0 0.04" rpy="0 0 0" />
    <axis xyz="0 0 1" />
    <limit effort="30.0" lower="-2.62" upper="2.62" velocity="2"/>
	<xacro:default_dynamics />          
  </joint>
  
  <link name="hombro_link">
    <visual>
      <geometry>
        <box size="0.04 0.032 0.05"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.020"/>
      <material name="black" />
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.020"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.04 0.032 0.05"/>
      </geometry>       
    </collision> 
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.020"/>			
      <mass value="0.055"/>
	  <xacro:default_inertia_servos />
    </inertial>        
  </link>  

  <joint name="arti1" type="revolute">
    <parent link="hombro_link"/>
    <child link="brazo_link"/>  
    <origin xyz="0 0 0.0385" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />
    <limit effort="30.0" lower="-2.62" upper="2.62" velocity="2"/> 
	<xacro:default_dynamics />        
  </joint>
  
  <!--brazo-->

<xacro:macro name="servo" params="nombre">  
  <link name="${nombre}_link">
    <visual>
      <geometry>
        <box size="0.04 0.032 0.05"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.0905"/>
      <material name="black" />
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.0905"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.04 0.032 0.05"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.0905"/>		
      <mass value="0.055"/>
	  <xacro:default_inertia_servos />
    </inertial>             
  </link>
</xacro:macro>

<xacro:servo nombre="brazo" />
  
  <joint name="servo_arti1_B" type="fixed">
    <parent link="brazo_link"/>
    <child link="brazo_link_B"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>  

<xacro:macro name="base" params="nombre">    
  <link name="${nombre}_link_B">    
	<visual>
      <geometry>
        <box size="0.04 0.032 0.015"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.058"/>
      <material name="white">
		<color rgba="1 1 1 1"/>
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.058"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.04 0.032 0.015"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.058"/>			
      <mass value="0.001"/>
	  <xacro:default_inertia />
    </inertial>           
  </link>
</xacro:macro> 

<xacro:base nombre="brazo" /> 
  
  <joint name="servo_arti1_D" type="fixed">
    <parent link="brazo_link"/>
    <child link="brazo_link_SI"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>  
  
<xacro:macro name="soporte" params="nombre simetrico lado">    
  <link name="${nombre}_link_S${lado}">    
	<visual>
      <geometry>
        <box size="0.002 0.032 0.067"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="${simetrico*0.021} 0 0.022"/>
      <material name="white">
		<color rgba="1 1 1 1"/>
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="${simetrico*0.021} 0 0.022"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.002 0.032 0.067"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="${simetrico*0.021} 0 0.022"/>			
      <mass value="0.001"/>
	  <xacro:default_inertia />
    </inertial>           
  </link>
</xacro:macro>

<xacro:soporte nombre="brazo" simetrico="1" lado="I" />  
  
  <joint name="servo_arti1_I" type="fixed">
    <parent link="brazo_link"/>
    <child link="brazo_link_SD"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>  
  
<xacro:soporte nombre="brazo" simetrico="-1" lado="D" />     
  
  <joint name="arti2" type="revolute">
    <parent link="brazo_link"/>
    <child link="antebrazo_link"/>
    <origin xyz="0 0 0.104" rpy="0 0 0" />
    <axis xyz="1 0 0" />
    <limit effort="30.0" lower="-2.62" upper="2.62" velocity="2"/> 
	<xacro:default_dynamics />            
  </joint>
  
  <!--antebrazo-->
  
<xacro:servo nombre="antebrazo" /> 
  
  <joint name="servo_arti2_B" type="fixed">
    <parent link="antebrazo_link"/>
    <child link="antebrazo_link_B"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>  
  
<xacro:base nombre="antebrazo" />
  
  <joint name="servo_arti2_D" type="fixed">
    <parent link="antebrazo_link"/>
    <child link="antebrazo_link_SI"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>  
  
<xacro:soporte nombre="antebrazo" simetrico="1" lado="I" />  
  
  <joint name="servo_arti2_I" type="fixed">
    <parent link="antebrazo_link"/>
    <child link="antebrazo_link_SD"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>  
  
<xacro:soporte nombre="antebrazo" simetrico="-1" lado="D" />     

  <joint name="arti3" type="revolute">
    <parent link="antebrazo_link"/>
    <child link="muneca_link"/>
    <origin xyz="0 0 0.104" rpy="0 0 0" />
    <axis xyz="1 0 0" />
    <limit effort="1000.0" lower="-2.62" upper="2.62" velocity="2"/> 
	<xacro:default_dynamics />             
  </joint>
  
  <!--muneca-->
  
  <link name="muneca_link">
    <visual>
      <geometry>
        <box size="0.05 0.04 0.032"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.00625 0 0.06"/>
      <material name="black" />
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.00625 0 0.06"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.05 0.04 0.032"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.00625 0 0.06"/>			
      <mass value="0.055"/>
	  <xacro:default_inertia_servos />
    </inertial>            
  </link>  
  
  <joint name="servo_arti3_B" type="fixed">
    <parent link="muneca_link"/>
    <child link="muneca_link_B"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>  
  
  <link name="muneca_link_B">    
	<visual>
      <geometry>
        <box size="0.05325 0.04 0.005"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.004625 0 0.0415"/>
      <material name="white">
		<color rgba="1 1 1 1"/>
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.004625 0 0.0415"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.05325 0.04 0.005"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.004625 0 0.0415"/>		
      <mass value="0.0005"/>
	  <xacro:default_inertia />
    </inertial>              
  </link>
  
  <joint name="servo_arti3_D" type="fixed">
    <parent link="muneca_link"/>
    <child link="muneca_link_SI"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>  
  
  <link name="muneca_link_SI">    
	<visual>
      <geometry>
        <box size="0.002 0.032 0.0555"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.021 0 0.01625"/>
      <material name="white">
		<color rgba="1 1 1 1"/>
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.021 0 0.01625"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.002 0.032 0.0555"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.021 0 0.01625"/>		
      <mass value="0.0005"/>
	  <xacro:default_inertia />
    </inertial>           
  </link>
  
  <joint name="servo_arti3_I" type="fixed">
    <parent link="muneca_link"/>
    <child link="muneca_link_SD"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>  
  
  <link name="muneca_link_SD">    
	<visual>
      <geometry>
        <box size="0.002 0.032 0.0555"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.021 0 0.01625"/>
      <material name="white">
		<color rgba="1 1 1 1"/>
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.021 0 0.01625"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.002 0.032 0.0555"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.021 0 0.01625"/>			
      <mass value="0.0005"/>
	  <xacro:default_inertia />
    </inertial>            
  </link>
  
  <joint name="servo_arti3_P" type="fixed">
    <parent link="muneca_link"/>
    <child link="muneca_link_P"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>  
  
  <!--pinza izquierda fija-->
  
  <link name="muneca_link_P">    
	<visual>
      <geometry>
        <box size="0.002 0.04 0.092"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.03425 0 0.090"/>
      <material name="white">
		<color rgba="1 1 1 1"/>
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.03425 0 0.090"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.002 0.04 0.092"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.03425 0 0.090"/>			
      <mass value="0.001"/>
	  <xacro:default_inertia />
    </inertial>           
  </link>
  
  <joint name="servo_arti3_PS" type="fixed">
    <parent link="muneca_link"/>
    <child link="muneca_link_PS"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>
  
  <link name="muneca_link_PS">    
	<visual>
      <geometry>
        <box size="0.002 0.04 0.037"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.03225 0 0.0575"/>
      <material name="white">
		<color rgba="1 1 1 1"/>
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.03225 0 0.060"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.002 0.04 0.032"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.03225 0 0.060"/>			
      <mass value="0.0005"/>
	  <xacro:default_inertia />
    </inertial>            
  </link>             
  
  <joint name="pinza" type="revolute">
    <parent link="muneca_link"/>
    <child link="pinza_link"/>
    <origin xyz="-0.00725 0 0.06" rpy="0 0 0" />
    <axis xyz="0 1 0" />
    <limit effort="30.0" lower="-2.62" upper="2.62" velocity="2"/>
	<xacro:default_dynamics />     
  </joint>
  
  <!--pinza-->
  
  <link name="pinza_link">    
	<visual>
      <geometry>
        <box size="0.002 0.04 0.092"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.027 0 0.030"/>
      <material name="white">
		<color rgba="1 1 1 1"/>
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.027 0 0.030"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.002 0.04 0.092"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.027 0 0.030"/>		
      <mass value="0.001"/>
 	  <xacro:default_inertia />
    </inertial>           
  </link>  
  
  <joint name="servo_pinza_B" type="fixed">
    <parent link="pinza_link"/>
    <child link="pinza_link_B"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>  
  
  <link name="pinza_link_B">    
	<visual>
      <geometry>
        <box size="0.002 0.04 0.032"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.025 0 0"/>
      <material name="white">
		<color rgba="1 1 1 1"/>
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.025 0 0"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.002 0.04 0.032"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.025 0 0"/>		
      <mass value="0.0005"/>
	  <xacro:default_inertia />
    </inertial>           
  </link>
  
  <joint name="servo_pinza_D" type="fixed">
    <parent link="pinza_link"/>
    <child link="pinza_link_SI"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>  
  
  <link name="pinza_link_SI">    
	<visual>
      <geometry>
        <box size="0.0375 0.002 0.032"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.00725 0.021 0"/>
      <material name="white">
		<color rgba="1 1 1 1"/>
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.00725 0.021 0"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.0375 0.002 0.032"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.00725 0.021 0"/>			
      <mass value="0.0005"/>
	  <xacro:default_inertia />
    </inertial>        
  </link>
  
  <joint name="servo_pinza_I" type="fixed">
    <parent link="pinza_link"/>
    <child link="pinza_link_SD"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>  
  
  <link name="pinza_link_SD">    
	<visual>
      <geometry>
        <box size="0.0375 0.002 0.032"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.00725 -0.021 0"/>
      <material name="white">
		<color rgba="1 1 1 1"/>
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.00725 -0.021 0"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.0375 0.002 0.032"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.00725 -0.021 0"/>			
      <mass value="0.0005"/>
	  <xacro:default_inertia />
    </inertial>            
  </link>

</robot>

Como estamos empleando xacro para simplificar y hacer más editable el código necesitamos hacer la conversión a URDF para obtener el archivo procesado, ejecutando en un terminal la siguiente secuencia de comandos: 

roscd brazo_fer_modelo
cd urdf
rosrun xacro xacro.py brazo.urdf.xacro > brazo.urdf

Ahora podemos comprobar si el modelo que hemos creado es correcto ejecutando el siguiente comando en el terminal: 

rosrun urdf_parser check_urdf brazo.urdf

Si todo va bien deberiamos obtener lo siguiente: 

robot name is: MYRAbot_arm
---------- Successfully Parsed XML ---------------
root Link: world has 1 child(ren)
    child(1):  base_link
        child(1):  hombro_link
            child(1):  brazo_link
                child(1):  antebrazo_link
                    child(1):  muneca_link
                        child(1):  pinza_link
                            child(1):  pinza_link_B
                            child(2):  pinza_link_SI
                            child(3):  pinza_link_SD
                        child(2):  muneca_link_B
                        child(3):  muneca_link_SI
                        child(4):  muneca_link_SD
                        child(5):  muneca_link_P
                        child(6):  muneca_link_PS
                    child(2):  antebrazo_link_B
                    child(3):  antebrazo_link_SI
                    child(4):  antebrazo_link_SD
                child(2):  brazo_link_B
                child(3):  brazo_link_SI
                child(4):  brazo_link_SD

Podemos ver el árbol de relaciones de forma gráfica generando un archivo pdf, para lo que ejecutaremos en el terminal el siguiente comando: 

rosrun urdf_parser urdf_to_graphiz brazo.urdf

El resultado obtenido será el siguiente:

Árbol de relaciones modelo URBF para el brazo del MYRAbot

Prueba visual del modelo

Para poder visualizar el modelo y comprobar el correcto funcionamiento de las uniones joints vamos a crear un launcher para cargarlo en el robot_state_publisher y ejecutar el joint_state_publisher con el interfaz de publicación del estado de las uniones móviles, y el rviz para la visualización. Crearemos el archivo "brazo_rviz.launch" en el directorio "launch" del package que hemos creado, con el siguiente contenido: 

<launch>

  <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro.py '$(find brazo_fer_modelo)/urdf/brazo.urdf.xacro'" />

  <node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" />

  <param name="use_gui" value="true"/>

  <node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="state_publisher" />

  <node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" />

</launch>
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