ROS学习笔记12 —— urdf/xacro的使用以及gazebo属性的描述

1. link 标签包含的元素

• ：定义在图形界面观察到的图形，图形通过子标签定义
• ：定义碰撞信息，通常与的内容相同
• ：定义惯性参数，其中
  • ：重心位置
  • ：质量
  • ：转动惯量

注意，如果link标签没有inertial，那么在gazebo中将无法看到.

颜色定义：

  <material name="orange">
    <color rgba="${255/255} ${108/255} ${10/255} 1.0"/>
  material>

2. joint标签

    
    <joint name="car_base_wheel" type="continuous">
    	
        <origin xyz="${(wheel_length+car_width)/2.0} 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0"/>
    	
        <parent link="car_link"/>
        
        <child link="wheel"/>
        
        <axis xyz="0.0 1.0 0.0"/>
        
    joint>

关节类型如下：

• 旋转（revolute）：具有由上限和下限指定的有限范围
• 连续（continuous） ：绕轴旋转，没有上限和下限，例如轮子
• 棱柱形（prismatic） ：滑动接头，沿轴线滑动，并具有由上限和下限指定的有限范围
• 固定（fixed） ：自由度为0
• 浮动（floating） ：关节允许所有6个自由度的运动
• 平面（planar）：此允许在垂直于轴的平面内运动

其他属性参见：http://wiki.ros.org/urdf/XML/joint

注：这些属性在sw2urdf时可设置。

3. xacro

1） 常量定义与使用

<xacro:property name=”robotname” value=”marvin” />
<link name=”${robotname}s_leg” />

<xacro:property name="the_radius" value="2.1" />
<xacro:property name="the_length" value="4.5" />

<geometry type="cylinder" radius="${the_radius}" length="${the_length}" />

2） 数学

可以使用+-*/()

<cylinder radius="${wheeldiam/2}" length="0.1"/>
<origin xyz="${reflect*(width+.02)} 0 0.25" />

<xacro:property name="R" value="2" />
<xacro:property name="alpha" value="${30/180*pi}" />
<circle circumference="${2 * pi * R}" pos="${sin(alpha)} ${cos(alpha)}" />
<limit lower="${radians(-90)}" upper="${radians(90)}" effort="0" velocity="${radians(75)}" />

3） 宏定义macro

简单宏定义：

       <xacro:macro name="default_inertial" params="mass">
           <inertial>
                   <mass value="${mass}" />
                   <inertia ixx="1.0" ixy="0.0" ixz="0.0"
                        iyy="1.0" iyz="0.0"
                        izz="1.0" />
           inertial>
       xacro:macro>


<xacro:default_inertial mass="10"/>

参数宏定义：

   <xacro:macro name="blue_shape" params="name *shape">
       <link name="${name}">
           <visual>
               <geometry>
                   <xacro:insert_block name="shape" />
               geometry>
               <material name="blue"/>
           visual>
           <collision>
               <geometry>
                   <xacro:insert_block name="shape" />
               geometry>
           collision>
       link>
   xacro:macro>

   
   <xacro:blue_shape name="base_link">
       <cylinder radius=".42" length=".01" />
   xacro:blue_shape>

示例：

例1：

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

	
	<xacro:property name="PI" value="3.1415926"/>
    <xacro:property name="width" value="0.2" />
    <xacro:property name="bodylen" value="0.6" />
   
	
   <link name="base_link">
       <visual>
           <geometry>
               <cylinder radius="${width}" length="${bodylen}"/>
           geometry>
           <material name="blue"/>
       visual>
       <collision>
           <geometry>
               <cylinder radius="${width}" length="${bodylen}"/>
           geometry>
       collision>
   link>


robot>

例2：使用宏定义，定义多条腿，降低代码量

   <xacro:macro name="leg" params="prefix reflect">
       <link name="${prefix}_leg">
           <visual>
               <geometry>
                   <box size="${leglen} 0.1 0.2"/>
               geometry>
               <origin xyz="0 0 -${leglen/2}" rpy="0 ${pi/2} 0"/>
               <material name="white"/>
           visual>
           <collision>
               <geometry>
                   <box size="${leglen} 0.1 0.2"/>
               geometry>
               <origin xyz="0 0 -${leglen/2}" rpy="0 ${pi/2} 0"/>
           collision>
           <xacro:default_inertial mass="10"/>
       link>
   
       <joint name="base_to_${prefix}_leg" type="fixed">
           <parent link="base_link"/>
           <child link="${prefix}_leg"/>
           <origin xyz="0 ${reflect*(width+.02)} 0.25" />
       joint>
       
   xacro:macro>
   <xacro:leg prefix="right" reflect="1" />
   <xacro:leg prefix="left" reflect="-1" />

4） 条件块

xacro具有类似于roslaunch的条件块，这对于诸如可配置的机器人或加载不同的Gazebo插件之类的事情很有用。任意bool型的python条件句都是可以的：

<xacro:if value="">
  <... some xml code here ...>
xacro:if>
<xacro:unless value="">
  <... some xml code here ...>
xacro:unless>



<xacro:property name="var" value="useit"/>
<xacro:if value="${var == 'useit'}"/>
<xacro:if value="${var.startswith('use') and var.endswith('it')}"/>

<xacro:property name="allowed" value="${[1,2,3]}"/>
<xacro:if value="${1 in allowed}"/>

5） rospack命令

<foo value="$(find xacro)" />
<foo value="$(arg myvar)" />


<xacro:arg name="myvar" default="false"/>


<param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro.py $(arg model) myvar:=true" />

6） 包含其他xacro文件

<xacro:include filename="$(find package)/other_file.xacro" />
<xacro:include filename="other_file.xacro" />
<xacro:include filename="$(cwd)/other_file.xacro" />


<xacro:include filename="other_file.xacro" ns="namespace"/>


${namespace.property}

7） YAML

校准数据时，从YAML中加载是理想的选择！

<xacro:property name="yaml_file" value="$(find package)/config/props.yaml" />
<xacro:property name="props" value="${load_yaml(yaml_file)}"/>


<xacro:property name="props" value="${dict(a=1, b=2, c=3)}"/>
<xacro:property name="numbers" value="${[1,2,3,4]}"/>




<xacro:property name="val1" value="${props['val1']}" />

8） 其他

从CMakeLists.txt中构建xacro、元素和属性等等，略~

4. Gazebo标签

1） 必须的标签

对于link：

  
  <link name="link1">
    <collision>
      <origin xyz="0 0 ${height1/2}" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
        <box size="${width} ${width} ${height1}"/>
      geometry>
    collision>

    <visual>
      <origin xyz="0 0 ${height1/2}" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
        <box size="${width} ${width} ${height1}"/>
      geometry>
      <material name="orange"/>
    visual>

    <inertial>
      <origin xyz="0 0 1" rpy="0 0 0"/>
      <mass value="1"/>
      <inertia
        ixx="1.0" ixy="0.0" ixz="0.0"
        iyy="1.0" iyz="0.0"
        izz="1.0"/>
    inertial>
  link>

其他可给link添加的标签：

对于joint：

  <joint name="joint2" type="continuous">
    <parent link="link2"/>
    <child link="link3"/>
    <origin xyz="0 ${width} ${height2 - axel_offset*2}" rpy="0 0 0"/>
    <axis xyz="0 1 0"/>
    
    
    <dynamics damping="0.7"/>
  joint>

其他可给joint设置的标签：

2） 纹理相关

gazebo中模型渲染纹理：传送门

<gazebo reference="link_name">
    <material>Gazebo/WoodFloormaterial>
    <mu1>0.5mu1>
    <mu2>0.5mu2>
gazebo>




  <gazebo reference="link1">
    <material>Gazebo/Orangematerial>
  gazebo>

mu1、mu2转到这篇博文：传送门

像在Rviz中一样，Gazebo可以同时使用STL和Collada文件。通常建议您使用Collada（.dae）文件，因为它们支持颜色和纹理，而对于STL文件，您只能使用纯色链接。

加载.dae文件：在标签下，写入：

<mesh filename="package://myrobot_description/meshes/kinect.dae">

3） 固定到世界坐标系

  
  <link name="world"/>

  <joint name="fixed" type="fixed">
    <parent link="world"/>
    <child link="link1"/>
  joint>

4） transmission标签

该标签是为了实现gazebo对模型的驱动！

1. type: 目前只有一个值：transmission_interface/SimpleTransmission
2. joint：首先要指明transmission服务的joint的名称，之后其中包含一个必填属性

hardwareInterface：该属性表明了这个joint是什么类型的，常用的三个属性值：

• EffortJointInterface（通过输入力控制电机）
• VelocityJointInterface（控制电机的转速）
• PositionJointInterface（控制电机的位置）

3. actuator：首先要为你的执行器起一个名字（一般就是什么什么motor），之后指定执行器的内部属性
   • mechanicalReduction：指明电机的减速比
   • hardwareInterface：这个可以不指明，因为在joint中已经指明了

注：该部分转自https://blog.csdn.net/wubaobao1993/article/details/80960584

5） 验证gazebo模型

# 检查urdf能否正确的转换为sdf
gz sdf -p test.urdf

# 查看sdf所需信息丢失的任何警告
cat ~/.gazebo/gzsdf.log

具体实例参考：传送门

URDF只能单独指定单个机器人的运动学和动力学特性，而无法指定机器人本身在世界中的姿态，同时它也不是通用的描述格式，并且缺乏摩擦和其他特性。为了解决这些缺点，可以使用SDF文件描述模型

Node：

• ros中joint驱动靠TF，gazebo中靠物理引擎！

• 使用名称前缀获取两个相似的对象

• 利用urdf_tutorial功能包查看生成的模型：

  roslaunch urdf_sim_tutorial display.launch model:=rbo.urdf.xacro
  

• 将xacro转换为urdf：

  rosrun  xacro  xacro.py  test.xacro > test.urdf
  

• launch文件中调用xacro文件解析器

  <arg name="model" default="$(find xacro)/xacro --inorder '$(find robot_description)/urdf/test.xacro'"/>
  <param name="robot_description" command="$(arg model)"/>
  

• 将sdf文件转为urdf

  rosrun pysdf sdf2urdf test.sdf test.urdf
  

  注意，转完后关节力和速度限位默认为-1，如果有需要，记得修改；该转换仅对单纯的模型描述有效，如果引入球关节等urdf实现不了的文件，则会失败

• 检查sdf转urdf后的文件：

  sudo apt-get install liburdfdom-tools
  
  check_urdf test.urdf
  

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参考文献：

• http://wiki.ros.org/urdf/Tutorials/Using%20Xacro%20to%20Clean%20Up%20a%20URDF%20File
• http://wiki.ros.org/xacro#Math_expressions
• https://blog.csdn.net/wubaobao1993/article/details/80947968
• http://gazebosim.org/tutorials?tut=ros_urdf&cat=connect_ros
• https://blog.csdn.net/wubaobao1993/article/details/80960584
• http://wiki.ros.org/urdf/XML/joint