ROS xacro URDF优化（十七）

目录

简介 

Xacro_快速体验

Xacro文件编写

具体框架 理解

Xacro文件转换成 urdf 文件

Xacro_语法详解

 

命名空间声明 

 

 属性与算数运算

属性定义

 

 宏

 宏定义

宏调用

文件包含 

Xacro_完整使用流程示例 

 编写 Xacro 文件

 集成launch文件

 方式1:

方式2

 Xacro_实操

实现流程:

摄像头和雷达 Xacro 文件实现 

摄像头 

雷达 xacro 文件:

组合底盘摄像头与雷达的 xacro 文件 

launch 文件 

 运行

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简介 

前面 URDF 文件构建机器人模型的过程中，存在若干问题。

问题1:在设计关节的位置时，需要按照一定的公式计算，公式是固定的，但是在 URDF 中依赖于人工计算，存在不便，容易计算失误，且当某些参数发生改变时，还需要重新计算。

问题2:URDF 中的部分内容是高度重复的，驱动轮与支撑轮的设计实现，不同轮子只是部分参数不同，形状、颜色、翻转量都是一致的，在实际应用中，构建复杂的机器人模型时，更是易于出现高度重复的设计，按照一般的编程涉及到重复代码应该考虑封装。

......

如果在编程语言中，可以通过变量结合函数直接解决上述问题，在 ROS 中，已经给出了类似编程的优化方案，称之为:Xacro

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概念

Xacro 是 XML Macros 的缩写，Xacro 是一种 XML 宏语言，是可编程的 XML。

原理

Xacro 可以声明变量，可以通过数学运算求解，使用流程控制控制执行顺序，还可以通过类似函数的实现，封装固定的逻辑，将逻辑中需要的可变的数据以参数的方式暴露出去，从而提高代码复用率以及程序的安全性。

作用

较之于纯粹的 URDF 实现，可以编写更安全、精简、易读性更强的机器人模型文件，且可以提高编写效率。

另请参考:

• xacro - ROS Wiki

Xacro_快速体验

目的:简单了解 xacro 的基本语法。

需求描述:

使用xacro优化上一节案例中驱动轮实现，需要使用变量封装底盘的半径、高度，使用数学公式动态计算底盘的关节点坐标，

使用 Xacro 宏封装轮子重复的代码并调用宏创建两个轮子(注意: 在此，演示 Xacro 的基本使用，不必要生成合法的 URDF )。

Xacro文件编写

新建文件

 

编写 Xacro 文件，以变量的方式封装属性(常量半径、高度、车轮半径...)，以函数的方式封装重复实现(车轮的添加)。

 复制以下代码

上节案例问题：

1.代码复用== Xacro宏（函数）

这是左右两个轮子共用的参数 

2.参数设计== Xacro变量

 3.调用语法

具体框架 理解

 所以实际上就是只写一个轮子的函数并且封装

然后调用两次传入对应不同的参数

就是左右两个轮子了

宏的理解 

Xacro文件转换成 urdf 文件

命令行进入 xacro文件 所属目录，执行:rosrun xacro xacro xxx.xacro > xxx.urdf

 

会将 xacro 文件解析为 urdf 文件

或是用

rosrun xacro xacro demo01_helloworld.urdf.xacro >demo01_helloworld.urdf

生成对应urdf文件 

 

 

Xacro_语法详解

xacro 提供了可编程接口，类似于计算机语言，包括变量声明调用、函数声明与调用等语法实现。 

命名空间声明 

在使用 xacro 生成 urdf 时，

不声明的话无法运行 

根标签robot中必须包含命名空间声明:xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"

 

 属性与算数运算

用于封装 URDF 中的一些字段，比如: PAI 值，小车的尺寸，轮子半径 ....

属性定义

不调用属性的话是不显示结果的

属性调用

${属性名称}

 调用完就可以显示对应结果

算数运算

${数学表达式} 

 

 宏

 类似于函数实现，提高代码复用率，优化代码结构，提高安全性

 宏定义

    .....

    参数调用格式: ${参数名}

 

 宏定义是不显示的

宏调用

 

 只输出了根标签和调用输出部分

文件包含 

 机器人由多部件组成，不同部件可能封装为单独的 xacro 文件，最后再将不同的文件集成，组合为完整机器人，可以使用文件包含实现

文件包含 

      
      
      
      ....

 

 运行

Xacro_完整使用流程示例 

需求描述:

使用 Xacro 优化 URDF 版的小车底盘模型实现

 编写 Xacro 文件

 实际上就是搭建框架

在框架前封装属性

对比：

直接写urdf要写两个轮子

xcaro就写一个轮子的框架（调用两次即可）

轮子的框架就是函数的具体内容

然后分成全局变量和局部变量（底盘相关的就是全局、轮子相关的就是局部） 

 

 集成launch文件

 方式1:

先将 xacro 文件转换出 urdf 文件，然后集成

先将 xacro 文件解析成 urdf 文件:rosrun xacro xacro xxx.xacro > xxx.urdf然后再按照之前的集成方式直接整合 launch 文件,内容示例: 

    1.在参数服务器中载入urdf
    
    2.启动rviz
    
    3.添加关节状态发布节点
    
    4.添加机器人状态发布节点
    
    5.关节运动控制节点
    

转换文件 

 运行

方式2

在 launch 文件中直接加载 xacro(建议使用)

 运行

 成功

 Xacro_实操

需求描述:

在前面小车底盘基础之上，添加摄像头和雷达传感器。

实现分析:

机器人模型由多部件组成，可以将不同组件设置进单独文件，最终通过文件包含实现组件的拼装。

实现流程:

1. 首先编写摄像头和雷达的 xacro 文件

2. 然后再编写一个组合文件，组合底盘、摄像头与雷达

3. 最后，通过 launch 文件启动 Rviz 并显示模型

新建文件

 

摄像头和雷达 Xacro 文件实现 

摄像头 

复制以下代码

 因为只要一个摄像头无需复用，所以不需要调用宏

雷达 xacro 文件:

 一个雷达和一个支架所以无需复用

所以不用宏

组合底盘摄像头与雷达的 xacro 文件 

launch 文件 

 运行