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URDF 是什么？

URDF（Unified Robot Description Format）是 ROS 生态描述机器人连杆、关节、惯量与碰撞几何的 XML 格式。本文讲清文件结构、limit 里的力矩与速度、为什么 URDF 不能直接描述并联闭链，以及 SolidWorks 转 URDF、URDF 转 MJCF 的做法。

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一句话回答：URDF（Unified Robot Description Format，统一机器人描述格式）是 ROS 生态用来描述机器人“长什么样、怎么动”的 XML 文件，定义每个连杆（link）的质量惯量、外观和碰撞形状，以及连杆之间关节（joint）的类型、轴向和运动限制。 RViz 可视化、MoveIt 运动规划、Gazebo / Isaac Sim / MuJoCo 仿真都能读取 URDF。

文件结构

一个最小的 URDF 由 robot 根节点、若干 link 和连接它们的 joint 组成：

xml

<robot name="two_link_arm">
  <link name="base_link">
    <inertial>
      <mass value="2.0"/>
      <inertia ixx="0.01" ixy="0" ixz="0" iyy="0.01" iyz="0" izz="0.01"/>
    </inertial>
    <visual><geometry><box size="0.1 0.1 0.1"/></geometry></visual>
    <collision><geometry><box size="0.1 0.1 0.1"/></geometry></collision>
  </link>
  <link name="link1"/>
  <joint name="joint1" type="revolute">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="link1"/>
    <origin xyz="0 0 0.1" rpy="0 0 0"/>
    <axis xyz="0 0 1"/>
    <limit lower="-3.14" upper="3.14" effort="30" velocity="2.0"/>
  </joint>
</robot>

元素	作用
`link`	刚体连杆；`inertial` 给质量与惯性张量，`visual` 给外观网格，`collision` 给碰撞几何
`joint`	连接父子连杆；`origin` 定义相对位姿，`axis` 定义转轴或移动方向
关节类型	`revolute`（有限位转动）、`continuous`（无限位转动）、`prismatic`（直线移动）、`fixed`（固定）、`floating`、`planar`

大型机器人的 URDF 一般用 xacro 宏生成，避免重复书写左右对称的腿和手臂。

URDF 里有关节力矩和速度信息吗？

有上限，没有实时状态。 joint 下的 <limit> 字段包含：

effort：关节最大力矩（转动关节，N·m）或最大力（移动关节，N）；
velocity：关节最大速度（rad/s 或 m/s）；
lower / upper：关节位置上下限。

URDF 不描述电机模型、减速比、摩擦辨识结果或实时的力矩与速度读数。这些要靠厂商 SDK 读取，或写进仿真器自己的格式，例如 MJCF 的 actuator。

为什么 URDF 不能描述并联机构？

URDF 要求连杆和关节构成一棵树，每个连杆只能有一个父关节，所以不能直接表达闭链，例如并联腿、四连杆、Delta 机构。常见处理方式：

用 mimic 关节近似从动关节；
换用支持闭链约束的格式，如 MuJoCo 的 MJCF（equality 约束）或 SDF；
在仿真器里额外添加约束，把树状 URDF 的末端“焊”在一起。

SolidWorks 怎么转 URDF？

ROS 官方维护 solidworks_urdf_exporter 插件：在装配体里按树状结构指定每个连杆和关节的坐标系与转轴，插件导出 URDF 和 STL 网格。导出后建议检查三点：

惯量是否来自真实材料属性，而不是默认密度；
碰撞几何最好换成简化的凸包或基本体，能明显加快仿真；
关节 limit 是否填了真实的力矩与速度上限。

URDF 和 MJCF、USD 是什么关系？

格式	主要生态	特点
URDF	ROS / MoveIt / Gazebo	通用描述，树状结构，仿真参数少
MJCF	MuJoCo	支持执行器、肌腱、闭链约束与接触参数
USD	NVIDIA Isaac Sim	场景级格式，支持材质、物理与传感器

MuJoCo 可以直接编译加载 URDF，但正式仿真通常转成 MJCF 再补执行器参数，步骤见 MuJoCo Menagerie：URDF 转 MJCF 指南。