【NVIDIA】Isaac Sim 4.5.0 Franka 机械臂参数解析

一、Franka 简介

NVIDIA Isaac Sim 4.5.0 对 Franka 机械臂的仿真支持实现了技术与应用的双重突破，基于 PhysX 5.0 引擎构建的高精度物理模型与动力学系统，结合 GPU 加速碰撞检测和自定义关节参数，为机械臂运动稳定性、力控精度及多实例协同效率带来显著提升。其集成的多模态传感器（力扭矩、编码器、视觉）与跨平台控制接口（ROS2、Python/C++、强化学习），既满足工业级运动规划与实时控制需求，也为科研场景提供了算法验证与故障注入的灵活平台。通过URDF导入优化、合成数据生成工具及 Omniverse 生态协同，该版本进一步打通从虚拟仿真到真实部署的全流程工作流，在工业自动化、科研教育、医疗机器人等领域展现出强大的场景适配能力，成为加速机器人算法开发、降低硬件调试成本的核心虚拟验证平台。

二、Isaac Sim Franka 类定义

三、Franka 机械臂初始化参数

class Franka:
    """
    初始化Franka机器人实例，用于在USD（Universal Scene Description）场景中配置机器人参数。

    参数用于定义机器人在场景中的基础属性、位置姿态、末端执行器及夹爪行为等关键信息。
    """
    def __init__(
        self,
        prim_path: str,
        name: str = 'franka_robot',
        usd_path: Optional[str] = None,
        position: Optional[np.ndarray] = None,
        orientation: Optional[np.ndarray] = None,
        end_effector_prim_name: Optional[str] = None,
        gripper_dof_names: Optional[List[str]] = None,
        gripper_open_position: Optional[np.ndarray] = None,
        gripper_closed_position: Optional[np.ndarray] = None,
        deltas: Optional[np.ndarray] = None,
    ):

各参数含义详细解析：

Parameters:
    prim_path (str): 
        USD场景中机器人主Prim的路径（如`/World/FrankaRobot`），用于定位场景中的机器人实体

    name (str, optional): 
        机器人实例名称，用于标识场景中的唯一对象。
        默认值：'franka_robot'

    usd_path (Optional[str], optional): 
        机器人USD模型文件路径（如`/path/to/franka_model.usd`）。
        若为`None`，则使用内置默认模型路径
        默认值：None

    position (Optional[np.ndarray], optional): 
        机器人在场景中的初始位置坐标（三维向量，单位：米），格式为`[x, y, z]`。
        若为`None`，则使用USD模型的默认位置
        默认值：None

    orientation (Optional[np.ndarray], optional): 
        机器人初始方向（四元数或旋转矩阵），格式遵循USD坐标系统规范。
        若为`None`，则使用USD模型的默认方向
        默认值：None

    end_effector_prim_name (Optional[str], optional): 
        末端执行器（如机械臂末端）的Prim名称（如`/FrankaRobot/EndEffector`），
        用于定位末端执行器在场景中的交互点
        默认值：None

    gripper_dof_names (Optional[List[str]], optional): 
        夹爪自由度名称列表（如`['gripper_left_joint', 'gripper_right_joint']`），
        用于控制夹爪的开合动作
        默认值：None

    gripper_open_position (Optional[np.ndarray], optional): 
        夹爪完全打开时的各自由度目标位置（向量长度需与`gripper_dof_names`匹配）
        若为`None`，则使用预设的打开位置
        默认值：None

    gripper_closed_position (Optional[np.ndarray], optional): 
        夹爪完全闭合时的各自由度目标位置（向量长度需与`gripper_dof_names`匹配）
        若为`None`，则使用预设的闭合位置
        默认值：None

    deltas (Optional[np.ndarray], optional): 
        可选的位置/姿态调整增量（用于微调初始状态），格式与`position`/`orientation`兼容
        默认值：None

四、Franka 实例化示例

# 导入Isaac Sim的机器人类，用于实例化具体的机器人模型
from omni.isaac.core.robots import Robot as IsaacRobot
# 导入场景操作工具，用于向场景中添加USD资源
from omni.isaac.core.utils.stage import add_reference_to_stage


# 机械臂USD文件路径（需要根据实际路径修改）
franka_file_path: str = "D:/IsaacSimAssets/Assets/Isaac/4.5/Isaac/Robots/Franka/franka.usd"

# 机械臂在场景中的路径
franka_path: str = "/World/franka"

# 将机械臂模型添加到场景中
# usd_path: USD文件路径，prim_path: 场景中的节点路径
add_reference_to_stage(usd_path=franka_file_path, prim_path=franka_path)

# 创建机械臂实例（绑定场景中的USD节点）
# prim_path: 场景中的节点路径，name: 机器人实例名称
franka = IsaacRobot(prim_path=franka_path, name="franka_robot")

# 初始化机械臂（配置传感器、执行器等组件）
franka.initialize()

执行结果：

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