[ROS] 로봇 모델을 표현하기 위한 XML, URDF에 대해 알아보자.

Robotics 프로그래밍의 Robot Operating System(ROS)에서 로봇 모델을 표현하기 위해서는 URDF를 사용한다.

 

 

URDF (Unified Robot Description Format)

• 로봇 모델을 표현하기 위한 XML 파일
• 로봇, 센서, 작업 환경을 정의할 수 있음
• 링크들이 트리와 같은 구조를 가지고 있음
• 링크 간 조인트를 통해 연결됨

* 로보틱스에서 로봇의 팔은 링크, 로봇의 관절은 조인트라고 한다.

 

 

URDF는 다음과 같은 곳에서 사용할 수 있다.

1. Rviz: ROS에서 로봇의 상태를 시각화하는 툴
2. MoveIt!: ROS 기반의 motion planning framework
3. Simulator (V-Rep, Gazebo, mujoco, etc)
4. Rigid multi-body dynamics Library (RBDL, Pinocchio, etc)

위 4가지 중 많이 사용되는 곳은 역시 Rviz와 Simulator의 한 분류인 Gazebo일 것이다. '.urdf'의 확장자를 가지는 URDF 파일을 만들면 다양한 로보틱스 환경을 생성할 수 있다.

 

 

그렇다면 URDF 파일은 어떻게 작성할까? 기본 구조는 다음과 같다.

<!-- 1. 모델 이름 선언 (자유롭게) -->
<robot name="Example_manipulator_1R">
    <!-- 2. 링크 선언 (Joint1 기준에서 parent link) -->
    <link name="Link 1">
        <!-- 3. 선언된 링크 정보 입력 (inertia 정보) -->
        <inertial>
            <origin xyz="0 0.5 0.5" rpy="0 0 0"/>
            <mass "3.9"/>
            <inertia ixx="0" ixy="0" ixz="0" iyy="0" iyz="0" izz="0" />
        </inertial>
        
        <!-- 4. 시각화 정보 입력 (링크의 visual 모델) -->
        <visual>
            <geometry>
            	<box size="0.6 0.6 0.3"/>
            </geometry>
            <material name=" ">
            	<color rgba="0.5 0.6 0.6 1" />
            </material>
        </visual>
        
        <!-- 5. 충돌 모델 입력 (링크의 collision 모델) -->
        <collision>
            <origin xyz="0 0.5 0.5" rpy="0 0 0"/>
            <geometry>
            	<box size="0.6 0.6 0.3"/>
            </geometry>
        </collision>
    </link>
    
    <!-- 6. 조인트 선언 -->
    <joint name="Joint1" type="revolute">
        <origin xyz="0 0.1 0.1" rpy="0 0 0" />
        <!-- 7. 해당 조인트의 parent & child 링크 지정 -->
        <parent link="Link 1" />
        <child link="Link 2" />
        <axis xyz="0 0 1" />
    </joint>
    <!-- 8.추가 링크 선언 (Joint1 기준에서 child link)-->
    <link name="Link 2"></link>
</robot>

링크(link)들은 트리와 같은 구조를 가지며, 링크들끼리는 조인트(joint)를 통해 연결된다. URDF에서는 항상 이전 조인트의 좌표축을 기준으로 다음 링크 또는 조인트의 origin 좌표가 정해진다. joint의 종류로는 continuous, revolute, prismatic, planar, floating, fixed가 있다.

 

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그런데, 일부 모델 파일의 확장자는 '.urdf.xacro'로 지정된 경우가 있다. 무엇일까?

 

URDF는 복잡한 로봇모델을 작업하기에 효율적이지 않다.

 

단순한 XML 구조로 되어있는 URDF는 복잡한 모델을 구현할 때 일일이 코드를 작성해야하는 번거로움이 존재한다. 때문에 코드 재사용성을 증대시킨 XACRO 형식이 존재하며, XACRO를 사용하면 복잡한 모델을 비교적 쉽게 작성할 수 있다.

 

 

XACRO

• URDF에 단순성, 코드 재사용성, 모듈화, 프로그램 가능성을 추가시킨 파일 형식
• 변수, 상수, 수학 표현, 조건문을 사용할 수 있음
• 보통 '.launch' 파일에서 XACRO 파일을 불러 URDF 파일로 변환하는 과정을 거쳐 사용
• XACRO Wiki