URDF模型优化——xacro模型

概要

这篇文章主要讲URDF模型的进阶版——xacro模型。
有关URDF模型的建立，请参考此篇文章：
机器人仿真——URDF建模.

一、模型对比

1、URDF模型

• 模型冗长，重复内容过多；
• 参数修改麻烦，不便于二次开发；
• 没有参数计算功能

2、URDF进阶版——xacro模型

• 精简模型代码

创建宏定义
文件包含

• 提供可编程接口

常量
变量
数学计算
条件语句

二、xacro模型相关定义

1、常量

常量定义

<xacro:property name="M_PI" value="3.14159"/>

常量使用

<origin xyz="0 0 0" rpy="${M_PI/2} 0 0"/>

2、数学计算

数学计算

<origin xyz="0 ${(motor_length+wheel_length)/2} 0" rpy="0 0 0"/>

注意：所有数学运算都会转换成浮点数进行，以保证运算精度

3、宏定义

宏定义

<xacro:macro name="name" params="A B C">
   ......
</xacro:macro>

宏调用

<name A="A_value" B="B_value" C="C_value" />

4、文件包含

文件包含

<xacro:include filename="$(find mbot_descripiton)/urdf/xacro/mbot_base.xacro" />

三、xacro创建小车模型

指令

cd ~/catkin_ws/src/mbot_description/urdf
mkdir xacro
cd xacro
sudo gedit mbot_base.xacro 

粘贴如下内容到文本

<?xml version="1.0"?>
<robot name="mbot" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
    <xacro:property name="M_PI" value="3.1415926"/>
    <xacro:property name="base_radius" value="0.20"/>
    <xacro:property name="base_length" value="0.16"/>

    <xacro:property name="wheel_radius" value="0.06"/>
    <xacro:property name="wheel_length" value="0.025"/>
    <xacro:property name="wheel_joint_y" value="0.19"/>
    <xacro:property name="wheel_joint_z" value="0.05"/>

    <xacro:property name="caster_radius" value="0.015"/> 
    <xacro:property name="caster_joint_x" value="0.18"/>
  
    <material name="yellow">
        <color rgba="1 0.4 0 1"/>
    </material>
    <material name="black">
        <color rgba="0 0 0 0.95"/>
    </material>
    <material name="gray">
        <color rgba="0.75 0.75 0.75 1"/>
    </material>
   
   
    <xacro:macro name="wheel" params="prefix reflect">
        <joint name="${prefix}_wheel_joint" type="fixed">
            <origin xyz="0 ${reflect*wheel_joint_y} ${-wheel_joint_z}" rpy="0 0 0"/>
            <parent link="base_link"/>
            <child link="${prefix}_wheel_link"/>
            <axis xyz="0 1 0"/>
        </joint>

        <link name="${prefix}_wheel_link">
            <visual>
                <origin xyz="0 0 0" rpy="${M_PI/2} 0 0" />
                <geometry>
                    <cylinder radius="${wheel_radius}"  length = "${wheel_length}"/>
                </geometry>
                <material name="gray" />
            </visual>
        </link>
    </xacro:macro>
  
    <xacro:macro name="caster" params="prefix reflect">
        <joint name="${prefix}_caster_joint" type="fixed">
            <origin xyz="${reflect*caster_joint_x} 0 ${-(base_length/2 + caster_radius)}" rpy="0 0 0"/>
            <parent link="base_link"/>
            <child link="${prefix}_caster_link"/>
            <axis xyz="0 1 0"/>
        </joint>

        <link name="${prefix}_caster_link">
            <visual>
                <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
                <geometry>
                    <sphere radius="${caster_radius}" />
                </geometry>
                <material name="black" />
            </visual>
        </link>
    </xacro:macro>
   
        <xacro:macro name="mbot_base">  
        <link name="base_footprint">   
            <visual>
                <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
                <geometry>
                    <box size="0.001 0.001 0.001" />
                </geometry>
            </visual>
        </link>

        <joint name="base_footprint_joint" type="fixed">
            <origin xyz="0 0 ${base_length/2 + caster_radius*2}" rpy="0 0 0" />        
            <parent link="base_footprint"/>
            <child link="base_link" />
        </joint>

        <link name="base_link">
            <visual>
                <origin xyz=" 0 0 0" rpy="0 0 0" />
                <geometry>
                    <cylinder length="${base_length}" radius="${base_radius}"/>
                </geometry>
                <material name="yellow" />
            </visual>
        </link>

        <wheel prefix="left" reflect="-1"/> 
        <wheel prefix="right" reflect="1"/> 

        <caster prefix="front" reflect="-1"/> 
        <caster prefix="back" reflect="1"/> 
    </xacro:macro>
</robot>

指令

sudo gedit mbot.xacro

粘贴到文本

<?xml version="1.0"?>
<robot name="arm" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
    <xacro:include filename="$(find mbot_description)/urdf/xacro/mbot_base.xacro" /> 
    <mbot_base/>    
</robot>

指令

cd ~/catkin_ws/src/mbot_description/launch
mkdir xacro
cd xacro
sudo gedit display_mbot_base_xacro.launch

粘贴到文本

<launch>
	<arg name="model" default="$(find xacro)/xacro --inorder '$(find mbot_description)/urdf/xacro/mbot.xacro'" />
	<arg name="gui" default="true" />
	<param name="robot_description" command="$(arg model)" />
    
	<param name="use_gui" value="$(arg gui)"/>
   
	<node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" />
	
	<node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" />
   
	<node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" args="-d $(find mbot_description)/config/mbot.rviz" required="true" />
</launch>

查看演示效果

roslaunch mbot_description display_mbot_base_xacro.launch

注意修改Fixed Frame的map,改为base_link;然后点击add添加robotmodel。

四、总结与参考资料

1、总结

URDF模型的进阶版xacro模型，明显由于URDF模型，建模过程也简单了很多。

2、参考资料

用Xacro编写ROS小车模型.