پیوست الف: اتصال SolidWorks به URDF

الف.۱نمای کلی مسیر: از اسمبلی تا RViz

یک اشتباه رایج این است که تصور کنیم SolidWorks مستقیماً و به‌صورت زنده به ROS 2 وصل می‌شود. این‌طور نیست. مسیر واقعی یک خط لوله (Pipeline) چند مرحله‌ای است: یک اسمبلی مکانیکی در SolidWorks آماده می‌کنیم، یک افزونه (Exporter) آن را به فایل‌های URDF و Mesh تبدیل می‌کند، و بعد این فایل‌ها را داخل یک پکیج ROS 2 عادی قرار می‌دهیم — دقیقاً همان چیزی که در فصل ۴ درباره ساختار URDF بدنه ARCHO یاد گرفتی.

هدف این پیوست فقط رساندن مدل مکانیکی ARCHO به یک URDF قابل‌فهم برای ROS 2 و دیدن سالم آن در RViz است. بعد از سالم شدن مدل در RViz، سراغ Gazebo و ros2_control (فصل‌های ۷ و ۸) می‌رویم — نه زودتر.

الف.۲URDF دقیقاً چیست؟

URDF مخفف Unified Robot Description Format است: یک فایل متنی XML که به ROS می‌گوید ربات از چه قطعاتی تشکیل شده، هر قطعه به کدام قطعه وصل است، مفصل‌ها کجا هستند، محور چرخش یا حرکت هر مفصل چیست، جرم و مرکز جرم هر قطعه چقدر است، و شکل ظاهری و شکل برخورد فیزیکی قطعات چگونه است.

برای مثال، درخت Linkهای ARCHO — همان ربات دوچرخی که در فصل اول معرفی شد — این شکلی است:

و هر اتصال با یک Joint مستقل تعریف می‌شود:

base_link
   ├── left_wheel_joint  → left_wheel_link
   ├── right_wheel_joint → right_wheel_link
   ├── lidar_joint       → lidar_link
   └── camera_joint      → camera_link

الف.۳روش درست فکر کردن: از مکانیزم تا درخت Exporter

قبل از باز کردن Exporter، یک قدم عقب برو. SolidWorks به تو می‌گوید «این قطعه شاسی است، این چرخ است، این پیچ است، این موتور است، این گیربکس است، این فنر است...» — یعنی اسمبلی را بر اساس تعداد قطعات می‌بیند. اما ROS اصلاً نمی‌پرسد «چند قطعه داری؟». ROS فقط یک سؤال دارد:

قدم اول: قبل از Exporter، مکانیزم را روی کاغذ حل کن

هیچ‌وقت مستقیم نرو داخل URDF Exporter. اول از خودت بپرس: کدام چیز ثابت است؟ کدام چیز می‌چرخد؟ کدام چیز بالا‌پایین می‌رود؟ کدام چیز با چیز دیگری یکپارچه حرکت می‌کند؟

مثلاً یک ربات ساده با شاسی، موتور، گیربکس، شفت، چرخ و دوربین را در نظر بگیر. فرض کن موتور و پوسته گیربکس به هم پیچ شده‌اند، شفت خروجی گیربکس می‌چرخد، چرخ روی شفت قفل است، و دوربین روی بدنه ثابت است. از نظر ROS این‌طور دسته‌بندی می‌شود:

شاسی + دوربین      → یک Link (یا Linkهای Fixed)
موتور + پوسته گیربکس → یک Link
شفت + چرخ           → یک Link

چرا شفت و چرخ یک Link شدند؟ چون شفت نسبت به چرخ حرکت ندارد — هر دو با هم می‌چرخند.

قانون طلایی Link

مثلاً Wheel + Hub + Shaft اگر همه قفل باشند، یک wheel_link می‌شوند. اما Wheel و Gearbox Housing نسبت به هم حرکت دارند، پس نمی‌توانند یک Link باشند.

قانون طلایی Joint

Joint یک قطعه فیزیکی نیست. wheel_joint، arm_joint، suspension_joint و camera_joint هیچ‌کدام قطعه‌ای در SolidWorks نیستند؛ Joint فقط می‌گوید «این Link نسبت به آن Link چگونه حرکت می‌کند». مثلاً:

gearbox_link
↓ wheel_joint
wheel_link

یعنی wheel_link نسبت به gearbox_link می‌چرخد.

چهار نوع Joint که ۹۰٪ پروژه‌ها را پوشش می‌دهد

چرا فنر گیج‌کننده است

فنر یک جسم صلب نیست — کوتاه می‌شود، بلند می‌شود، تغییر شکل می‌دهد؛ ولی URDF معمولی بر اساس Rigid Body ساخته شده. پس باید دو چیز را از هم جدا کنی:

درخت مفهومی در برابر درخت واقعی Exporter — نکته‌ای که قبلاً باعث خطا شد

فرض کن پروژه‌ای داری با بدنه، گیربکس و چرخ، و حرکت واقعی این‌طور است: بدنه ↓تعلیق گیربکس ↓دوران چرخ. درخت مفهومی URDF (فقط برای فهمیدن سیستم) این‌طور دیده می‌شود:

base_link
└── suspension_joint
    └── gearbox_link
        └── wheel_joint
            └── wheel_link

❌ اشتباه:
base_link
└── suspension_joint
    └── gearbox_link

✅ درست:
base_link
└── gearbox_link

Exporter چطور رابطه Parent/Child را می‌فهمد؟

فرض کن این Tree را در Exporter ساختی:

base_link
└── gearbox_link
    └── wheel_link

وقتی روی gearbox_link کلیک می‌کنی، می‌نویسی Link Name: gearbox_link و Joint Name: suspension_joint. Exporter از همین دو خط می‌فهمد Parent = base_link، Child = gearbox_link، Joint = suspension_joint. همین کار را روی wheel_link با Joint Name: wheel_joint و Joint Type: Continuous تکرار می‌کنی تا Exporter بفهمد gearbox_link ↓wheel_joint wheel_link.

Component یعنی چه؟

هر Link باید بداند کدام قطعات SolidWorks متعلق به او هستند. مثلاً gearbox_link ممکن است شامل Gearbox_Housing.SLDPRT، Motor_Housing.SLDPRT و Motor_Bracket.SLDPRT باشد — چون این سه قطعه نسبت به هم حرکت ندارند، همه را به همان یک Link Assign می‌کنی. برای wheel_link هم ممکن است Wheel.SLDPRT، Hub.SLDPRT و Output_Shaft.SLDPRT را Assign کنی.

Root Link و قوانین نام‌گذاری

هر URDF باید فقط یک ریشه داشته باشد — معمولاً base_link — یعنی همه‌چیز در نهایت به آن وصل است:

base_link
├── left_wheel_link
├── right_wheel_link
├── lidar_link
├── camera_link
└── arm_link

از ابتدا یک قرارداد نام‌گذاری ثابت بگذار — اجباری نیست ولی فوق‌العاده مفید است:

Link  → آخرش _link   (base_link, left_wheel_link, gearbox_link, camera_link, lidar_link)
Joint → آخرش _joint  (left_wheel_joint, camera_joint, suspension_joint)

و هیچ اسم تکراری نداشته باش — نه دو Link به نام یکسان، نه دو Joint به نام یکسان. تنها استثنا خود base_link است که چون Root است، اصلاً Joint ندارد (Joint Name برایش خالی می‌ماند)؛ هر Link دیگری باید حتماً یک Joint Name داشته باشد.

محور Joint و Coordinate System

اگر Joint متحرک باشد، باید ROS بداند حول کدام محور حرکت می‌کند: 1 0 0 برای X، 0 1 0 برای Y، 0 0 1 برای Z. اگر شفت چرخ در راستای Y باشد، axis = 0 1 0 — اما هیچ‌وقت از روی عادت نگو «چرخ همیشه محور Y است»؛ باید مدل واقعی را نگاه کنی. همان‌طور که در بخش سیستم مختصات این پیوست گفتیم، ROS ترجیح می‌دهد X = Forward، Y = Left، Z = Up، پس قبل از Export یک ROS_Coordinate_System در SolidWorks بساز و مبدأ را جایی منطقی مثل مرکز شاسی یا مرکز محور چرخ‌ها بگذار.

مثال کامل: از مکانیزم تا Tree نهایی Exporter

فرض کن پروژه جدیدی داری با Body، Motor، Gearbox، Output Shaft، Wheel و Camera. حرکت واقعی این‌طور است: Body نسبت به Motor+Gearbox ثابت (fixed)، Motor/Gearbox نسبت به Output Shaft+Wheel دوران دارد (rotation)، و Body نسبت به Camera ثابت (fixed) است. پس Linkها این‌ها می‌شوند:

base_link
gearbox_link
wheel_link
camera_link

و درخت واقعی داخل SolidWorks Exporter:

base_link
├── gearbox_link
│   └── wheel_link
└── camera_link

با تنظیمات زیر روی هر Child Link:

gearbox_link → Joint Name: gearbox_mount_joint  | Joint Type: Fixed
wheel_link   → Joint Name: wheel_joint          | Joint Type: Continuous
camera_link  → Joint Name: camera_joint         | Joint Type: Fixed

چک‌لیست قبل از زدن Preview and Export

و کل جریان فکری هر پروژه جدید باید همین مسیر باشد:

قطعات CAD
↓
کدام‌ها با هم حرکت می‌کنند؟
↓
Rigid Body Groups
↓
Links
↓
حرکت بین Links
↓
Joints
↓
Conceptual URDF Tree
↓
SolidWorks Tree = Links Only
↓
Assign Components
↓
Configure Joint on Child Link
↓
Preview
↓
Export URDF
↓
ROS 2 validation

این همان منطقی است که در ادامه این پیوست، قدم‌به‌قدم و روی مثال واقعی ARCHO، پیاده می‌کنیم.

الف.۴آماده‌سازی اسمبلی SolidWorks

این مهم‌ترین بخش کل کار است. بیشتر مشکلات URDF از خود Exporter نیست؛ از اسمبلی نامرتب SolidWorks می‌آید.

فرض کن شاسی ARCHO این قطعات را دارد: شاسی، کاور، باتری، برد الکترونیک، براکت‌ها، چرخ چپ، چرخ راست، چرخ هرزگرد (Caster)، LiDAR و دوربین. چون شاسی، کاور، باتری، برد و براکت‌ها هرگز نسبت به هم حرکت نمی‌کنند، همگی بخشی از یک Link واحد می‌شوند:

base_link
├── chassis
├── cover
├── battery
├── electronics
└── brackets

اما چرخ‌ها و سنسورها باید Link مستقل داشته باشند:

left_wheel_link
right_wheel_link
caster_link
lidar_link
camera_link

ساختار اسمبلی پیشنهادی در SolidWorks تقریباً به این شکل است:

archo_assembly.SLDASM
│
├── base_subassembly.SLDASM
│   ├── chassis.SLDPRT
│   ├── top_cover.SLDPRT
│   ├── battery.SLDPRT
│   ├── motor_mount_left.SLDPRT
│   └── motor_mount_right.SLDPRT
│
├── left_wheel.SLDPRT
├── right_wheel.SLDPRT
├── caster.SLDPRT
├── lidar.SLDPRT
└── camera.SLDPRT

Fix کردن شاسی، Float کردن چرخ‌ها

در SolidWorks باید شاسی اصلی ثابت (Fixed) باشد. در FeatureManager روی شاسی راست‌کلیک کن و بزن:

Right Click → Fix

کنار شاسی باید علامت (f) دیده شود، مثلاً (f) base_chassis. چرخ‌ها نباید Fixed باشند — اگر بودند، روی آن‌ها راست‌کلیک کن و بزن Float. ساختار صحیح این‌طور دیده می‌شود:

(f) base_chassis
(-) left_wheel
(-) right_wheel
(-) caster

Mateهای درست برای هر چرخ

Exporter از ساختار اسمبلی، Mateها و انتخاب‌های تو برای ساخت Jointها استفاده می‌کند. برای هر چرخ حداقل این دو Mate لازم است:

• Concentric Mate — محور چرخ را با محور موتور یا شفت هم‌محور می‌کند: Mate → Concentric
• Coincident یا Distance Mate — موقعیت جانبی چرخ را مشخص می‌کند: Mate → Coincident یا Mate → Distance

الف.۵سیستم مختصات ROS و Coordinate System

ROS از یک قرارداد مختصات استاندارد استفاده می‌کند: X به جلو، Y به چپ، Z به بالا.

نمای بالا:
             +X
          جلوی ربات
              ↑
              |
 +Y  ←  [ ARCHO ]  →  -Y
              |
              ↓
             -X

نمای جانبی:
       +Z
        ↑
        |
        |
        └────→ +X

اگر سیستم مختصات مدل SolidWorks تو با این قرارداد یکی نباشد، ARCHO ممکن است در RViz خوابیده دیده شود، وارونه باشد، به سمت اشتباه قرار بگیرد، یا چرخ‌ها حول محور اشتباه بچرخند.

برای رفع این مشکل از ریشه، در SolidWorks یک سیستم مختصات اختصاصی بساز:

Insert
→ Reference Geometry
→ Coordinate System

نامش را مثلاً ROS_Coordinate_System بگذار و محورها را این‌طور تنظیم کن:

X = Forward
Y = Left
Z = Up

مبدأ را ترجیحاً یکی از این نقاط قرار بده: مرکز هندسی شاسی، وسط محور دو چرخ، روی سطح زمین زیر مرکز ربات، یا مرکز صفحه پایه.

در یک اسمبلی واقعی، معمولاً این کار را نه یک‌بار، بلکه برای هر Link و هر Joint جداگانه تکرار می‌کنی — یک Coordinate System برای شاسی، یکی برای هر چرخ، یکی برای هر Caster. نتیجه‌اش شبیه این می‌شود: ده‌ها Triad کوچک، هرکدام روی نقطه‌ای که بعداً محل دقیق یک Joint خواهد بود:

الف.۶Material، جرم و اینرسی

URDF فقط یک تصویر سه‌بعدی نیست؛ برای شبیه‌سازی فیزیکی به مشخصات دینامیکی هم نیاز دارد. SolidWorks می‌تواند از Material و هندسه هر قطعه، جرم، مرکز جرم، ممان اینرسی و تانسور اینرسی را محاسبه کند.

برای هر قطعه یا Subassembly، یک Material واقعی تعریف کن:

Right Click on Material
→ Edit Material

مثلاً Aluminum 6061، ABS، Steel یا Rubber — هرکدام که به قطعه واقعی نزدیک‌تر است. بعد بررسی کن:

Evaluate
→ Mass Properties

باید اعداد منطقی برای Mass، Center of Mass، Principal Axes و Moments of Inertia ببینی. Exporter می‌تواند این اطلاعات را مستقیماً به تگ <inertial> در URDF منتقل کند.

صفحه Configure Link Properties — جایی که جرم به عدد تبدیل می‌شود

بعد از این‌که همه Jointها را تعریف کردی، Exporter یک صفحه دیگر هم نشانت می‌دهد: Configure Link Properties. این‌جا دیگر حرف از حرکت نیست؛ حرف از این است که هر Link چقدر سنگین است، جرمش کجا متمرکز شده، و ظاهرش را با چه رنگی ببینیم.

این صفحه هم دو تکه اصلی دارد؛ بیا هرکدام را جدا باز کنیم.

بخش بالا: Inertial — همان چیزی که چند خط قبل درباره‌اش حرف زدیم

اگر Material را درست تعریف کرده باشی، Exporter خودش این اعداد را از CAD می‌کشد بیرون — دیگر لازم نیست حدس بزنی:

این شش عدد با هم ماتریس اینرسی Link را می‌سازند و مستقیم به تگ <inertial> در URDF می‌روند — همان تگی که چند خط بعد در نمونه کامل URDF دوباره می‌بینیمش.

بخش پایین: Visual and Collision Meshes

الف.۷نصب SolidWorks URDF Exporter

ابزار کلاسیک و شناخته‌شده، پروژه SolidWorks to URDF Exporter از سازمان ROS است. این ابزار اسمبلی SolidWorks را به URDF، فایل‌های Mesh و ساختار اولیه پکیج ROS تبدیل می‌کند.

بعد از نصب Exporter:

1. SolidWorks را باز کن.
2. برو به Tools → Add-Ins.
3. گزینه SolidWorks to URDF Exporter را پیدا کن.
4. هر دو تیک Active Add-ins و Start Up را فعال کن.

بعد از این مرحله، دستور Export باید در پایین منوی Tools ظاهر شود: Tools → Export as URDF.

الف.۸تعریف Linkها، Jointها و محورها

اسمبلی اصلی ARCHO را باز کن و برو به Tools → Export as URDF. یک پنجره URDF Exporter باز می‌شود که سمت چپش یک درخت خالی است — همان جایی که قرار است Linkها یکی‌یکی در آن ظاهر شوند. برای این‌که بدانی مقصد نهایی کجاست، اول یک نمونه واقعی از یک درخت کامل‌شده را ببین:

هر سطر این درخت را که باز کنی، Exporter دو دکمه کوچک به تو نشان می‌دهد: یکی برای اضافه‌کردن یک Link فرزند جدید، یکی برای تعریف Component (این‌که کدام قطعات SolidWorks داخل این Link هستند). قدم‌به‌قدم همین کار را برای ARCHO انجام می‌دهیم.

Base Link

اولین Link باید قطعه پایه ربات باشد: base_link. برای آن تمام قطعات ثابت شاسی را انتخاب کن — بدنه، کاور، براکت‌های ثابت، باتری، کامپیوتر، بردهای الکترونیکی و موتورهایی که بدنه ثابت دارند.

در Exporter، نام Link را دقیق و بدون فاصله وارد کن؛ فقط از حروف کوچک انگلیسی، عدد و خط زیر استفاده کن:

چرخ چپ و راست

یک Child Link برای base_link بساز به نام left_wheel_link و مشخص کن:

Parent Link: base_link
Child Link: left_wheel_link
Joint Name: left_wheel_joint

برای نوع Joint دو انتخاب رایج داری:

برای چرخ ARCHO، Joint Type: Continuous را انتخاب کن.

چرخ راست را دقیقاً مثل چرخ چپ تعریف کن:

Parent Link: base_link
Child Link: right_wheel_link
Joint Name: right_wheel_joint
Joint Type: continuous
Axis: 0 1 0

درخت فعلی این‌طور دیده می‌شود:

base_link
├── left_wheel_joint
│   └── left_wheel_link
└── right_wheel_joint
    └── right_wheel_link

داخل صفحه Configure Joint Properties چه خبر است؟

وقتی روی یک Joint در درخت دوبار کلیک می‌کنی، Exporter تو را به یک صفحه کامل‌تر می‌برد — همان جایی که واقعاً تعیین می‌کنی این مفصل دقیقاً کجاست، حول چه محوری حرکت می‌کند و چقدر قدرت دارد. اولین بار که این صفحه را می‌بینی کمی شلوغ به نظر می‌رسد، اما هر بخش آن یک سؤال ساده جواب می‌دهد:

بیا این صفحه را مثل یک نقشه بخوانیم، بخش به بخش:

سنسورها — LiDAR و دوربین

اگر LiDAR به بدنه پیچ شده و حرکت نمی‌کند، دو روش داری. روش اول این است که مدل LiDAR را داخل Mesh شاسی نگه داری — ساده است ولی بعداً TF مستقل برای LiDAR نداری. روش دوم و حرفه‌ای‌تر، ساختن یک Link مستقل با Fixed Joint است:

Parent: base_link
Child: lidar_link
Joint: lidar_joint
Type: fixed

که در URDF این‌طور دیده می‌شود:

<joint name="lidar_joint" type="fixed">
  <parent link="base_link"/>
  <child link="lidar_link"/>
  <origin xyz="0.25 0 0.35" rpy="0 0 0"/>
</joint>

همین کار را برای دوربین هم انجام بده: camera_link، camera_joint، نوع fixed. درخت نهایی Linkها:

base_link
├── left_wheel_link
├── right_wheel_link
├── caster_link
├── lidar_link
└── camera_link

Caster Wheel

برای تست اولیه، ساده‌ترین و پایدارترین انتخاب این است که Caster را با یک Fixed Joint وصل کنی (caster_joint، type="fixed"). مدل فیزیکی کامل — با دو حرکت مستقل caster_swivel_joint و caster_wheel_joint — در Gazebo پیچیده‌تر و گاهی ناپایدار است، پس آن را برای بعد نگه می‌داریم.

الف.۹Collision در برابر Visual

هر Link معمولاً دو مدل هندسی جدا دارد: Visual که کاربر می‌بیند، و Collision که موتور فیزیک برای برخورد استفاده می‌کند. Visual می‌تواند دقیق و زیبا باشد؛ Collision بهتر است ساده باشد.

برای مثال، Visual شاسی می‌تواند STL پیچیده باشد:

<visual>
  <geometry>
    <mesh filename="package://archo_description/meshes/base_link.stl"/>
  </geometry>
</visual>

اما Collision بهتر است یک شکل ساده مثل Box باشد:

<collision>
  <geometry>
    <box size="0.60 0.45 0.20"/>
  </geometry>
</collision>

برای کیفیت Mesh هم همین منطق را رعایت کن؛ کیفیت خیلی بالا حجم فایل را زیاد می‌کند و RViz و Gazebo را کندتر می‌کند. برای ARCHO، Visual Mesh با کیفیت متوسط یا خوب و Collision با اشکال ساده یا ساده‌شده کافی است.

الف.۱۰Export و انتقال فایل‌ها به WSL

یک مسیر ساده در ویندوز انتخاب کن و از فاصله، حروف فارسی یا کاراکترهای خاص در مسیر پرهیز کن:

بعد Export را اجرا کن. خروجی معمولاً شبیه این است:

archo_description/
├── CMakeLists.txt
├── package.xml
├── launch/
├── meshes/
│   ├── base_link.STL
│   ├── left_wheel_link.STL
│   ├── right_wheel_link.STL
│   ├── lidar_link.STL
│   └── camera_link.STL
├── textures/
└── urdf/
    └── archo.urdf

انتقال از Windows به WSL

اگر Workspace تو ~/ros2_ws است و خروجی در ویندوز C:\ros_exports\archo_description قرار دارد، در WSL این مسیر برابر است با /mnt/c/ros_exports/archo_description.

اصلاح اسم فایل‌های STL

لینوکس به حروف بزرگ و کوچک حساس است؛ base_link.STL و base_link.stl دو فایل کاملاً متفاوت‌اند. بهتر است همه Meshها را lowercase کنی:

سپس داخل URDF نیز نام‌ها را از base_link.STL به base_link.stl اصلاح کن.

الف.۱۱ساخت پکیج ROS 2

CMakeLists.txt

cmake_minimum_required(VERSION 3.8)
project(archo_description)

find_package(ament_cmake REQUIRED)

install(
  DIRECTORY
    launch
    meshes
    urdf
  DESTINATION share/${PROJECT_NAME}
)

ament_package()

package.xml

<?xml version="1.0"?>
<package format="3">
  <name>archo_description</name>
  <version>0.0.1</version>

  <description>
    URDF description package for the ARCHO mobile robot.
  </description>

  <maintainer email="pouya@example.com">
    Pouya Mansournia
  </maintainer>

  <license>Apache-2.0</license>

  <buildtool_depend>ament_cmake</buildtool_depend>

  <exec_depend>robot_state_publisher</exec_depend>
  <exec_depend>joint_state_publisher</exec_depend>
  <exec_depend>joint_state_publisher_gui</exec_depend>
  <exec_depend>rviz2</exec_depend>
  <exec_depend>xacro</exec_depend>

  <export>
    <build_type>ament_cmake</build_type>
  </export>
</package>

Launch File برای RViz

from pathlib import Path

from ament_index_python.packages import get_package_share_directory
from launch import LaunchDescription
from launch_ros.actions import Node


def generate_launch_description() -> LaunchDescription:
    package_name = "archo_description"
    urdf_file_name = "archo.urdf"

    package_share = Path(get_package_share_directory(package_name))
    urdf_path = package_share / "urdf" / urdf_file_name

    if not urdf_path.exists():
        raise FileNotFoundError(f"URDF file not found: {urdf_path}")

    robot_description = urdf_path.read_text(encoding="utf-8")

    return LaunchDescription(
        [
            Node(
                package="robot_state_publisher",
                executable="robot_state_publisher",
                name="robot_state_publisher",
                output="screen",
                parameters=[{"robot_description": robot_description}],
            ),
            Node(
                package="joint_state_publisher_gui",
                executable="joint_state_publisher_gui",
                name="joint_state_publisher_gui",
                output="screen",
            ),
            Node(
                package="rviz2",
                executable="rviz2",
                name="rviz2",
                output="screen",
            ),
        ]
    )

مستندات رسمی ROS 2 برای نمایش URDF از robot_state_publisher استفاده می‌کند؛ این Node مدل URDF و وضعیت Jointها را به TF تبدیل می‌کند تا ابزارهایی مثل RViz ساختار ربات را نمایش دهند.

Build

الف.۱۲تست در RViz و بررسی TF

بعد از این چک سریع، نوبت بررسی جدی‌تر می‌رسد. ابتدا فایل URDF را قبل از هرچیز بررسی کن:

سپس اجرا کن:

در RViz: در قسمت Fixed Frame بنویس base_link، روی Add بزن، و دو نمایشگر RobotModel و TF را اضافه کن. اگر مدل درست باشد، شاسی و چرخ‌ها دیده می‌شوند، درخت TF کامل است، و با Joint State Publisher می‌توان Jointها را تغییر داد.

اگر مدل دیده نمی‌شود اما خطایی هم نیست، این Topicها را بررسی کن:

دستور آخر بعد از چند ثانیه فایل frames.pdf می‌سازد که در WSL با explorer.exe frames.pdf در ویندوز باز می‌شود و باید همان درخت پنج‌شاخه‌ای ARCHO را نشان دهد.

الف.۱۳خطاهای رایج و رفع آن‌ها

الف.۱۴نمونه کامل URDF

این نمونه فقط برای درک ساختار است — اینرسی‌ها و ابعاد (اندازه شاسی، شعاع چرخ) نمونه‌اند، با مقادیر فصل ۴ یکی نیستند، و نباید مستقیم برای ARCHO واقعی استفاده شوند؛ قبل از استفاده هر عدد را با ابعاد واقعی ربات خودت جایگزین کن:

<?xml version="1.0"?>
<robot name="archo">

  <link name="base_link">
    <visual>
      <geometry>
        <mesh filename="package://archo_description/meshes/base_link.stl"/>
      </geometry>
    </visual>

    <collision>
      <geometry>
        <box size="0.60 0.45 0.20"/>
      </geometry>
    </collision>

    <inertial>
      <origin xyz="0 0 0"/>
      <mass value="20.0"/>
      <inertia
        ixx="0.40" ixy="0.0" ixz="0.0"
        iyy="0.65" iyz="0.0"
        izz="0.80"/>
    </inertial>
  </link>

  <link name="left_wheel_link">
    <visual>
      <geometry>
        <mesh filename="package://archo_description/meshes/left_wheel_link.stl"/>
      </geometry>
    </visual>

    <collision>
      <geometry>
        <cylinder radius="0.10" length="0.04"/>
      </geometry>
    </collision>

    <inertial>
      <mass value="0.8"/>
      <inertia
        ixx="0.004" ixy="0.0" ixz="0.0"
        iyy="0.004" iyz="0.0"
        izz="0.007"/>
    </inertial>
  </link>

  <joint name="left_wheel_joint" type="continuous">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="left_wheel_link"/>
    <origin xyz="0 0.245 -0.10" rpy="0 0 0"/>
    <axis xyz="0 1 0"/>
  </joint>

  <link name="right_wheel_link">
    <visual>
      <geometry>
        <mesh filename="package://archo_description/meshes/right_wheel_link.stl"/>
      </geometry>
    </visual>

    <collision>
      <geometry>
        <cylinder radius="0.10" length="0.04"/>
      </geometry>
    </collision>

    <inertial>
      <mass value="0.8"/>
      <inertia
        ixx="0.004" ixy="0.0" ixz="0.0"
        iyy="0.004" iyz="0.0"
        izz="0.007"/>
    </inertial>
  </link>

  <joint name="right_wheel_joint" type="continuous">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="right_wheel_link"/>
    <origin xyz="0 -0.245 -0.10" rpy="0 0 0"/>
    <axis xyz="0 1 0"/>
  </joint>

</robot>

الف.۱۵جمع‌بندی، چک‌لیست و تمرین

Export گرفتن از SolidWorks پایان کار نیست؛ یک نقطه شروع است. بعد از Export معمولاً این اصلاحات لازم می‌شود: اصلاح نام Linkها و Jointها، تبدیل URDF به Xacro (فصل ۴)، ساده‌کردن Collisionها، بررسی دوباره Inertia، اضافه‌کردن base_footprint، اضافه‌کردن Sensor Frameها، اضافه‌کردن ros2_control (فصل ۸)، اضافه‌کردن پلاگین‌های Gazebo (فصل ۷)، تعریف شعاع و فاصله چرخ‌ها، و تست کامل در RViz و سپس Gazebo قبل از اتصال به کنترلر واقعی.

واژه‌نامه

URDF

Unified Robot Description Format — فایل XML که ساختار مکانیکی ربات را برای ROS توصیف می‌کند.

Link

یک جسم صلب مستقل در درخت URDF.

Joint

اتصال بین دو Link که نوع و محور حرکت نسبی آن‌ها را مشخص می‌کند.

Continuous Joint

مفصلی که بدون محدودیت زاویه‌ای می‌چرخد — مناسب چرخ‌های محرک.

Revolute Joint

مفصلی که فقط در یک بازه زاویه‌ای مشخص حرکت می‌کند.

Prismatic Joint

مفصلی که به‌جای دوران، حرکت خطی می‌کند — مثل ریل، جک یا بالابر.

Fixed Joint

اتصال بدون هیچ حرکت نسبی — برای سنسورهایی مثل LiDAR و دوربین.

Mimic Joint

حالتی که حرکت یک Joint مستقیماً از روی Joint دیگری محاسبه می‌شود — مثل دو انگشت یک Gripper.

Visual

هندسه‌ای که کاربر در RViz/Gazebo می‌بیند؛ می‌تواند دقیق و پیچیده باشد.

Collision

هندسه‌ای که موتور فیزیک برای محاسبه برخورد استفاده می‌کند؛ باید ساده باشد.

Inertial

تگی در URDF که جرم، مرکز جرم و تانسور اینرسی هر Link را مشخص می‌کند.

base_footprint

Link کمکی روی سطح زمین، جدا از base_link که در مرکز فیزیکی شاسی است.

package://

پیشوند مسیر استاندارد ROS برای ارجاع به فایل‌های داخل یک پکیج، مثل Meshها.