ROS-机器人仿真urdf-rviz、xacro
2024-01-07 18:58:25
文章目录
一、urdf集成rviz
1.1 基本流程
需求描述:
在 Rviz 中显示一个盒状机器人
实现流程：
1.创建功能包，导入依赖
创建一个新的功能包，名称自定义，导入依赖包:urdf与xacro
在当前功能包下，再新建几个目录:
urdf: 存储 urdf 文件的目录meshes:机器人模型渲染文件(暂不使用)config: 配置文件launch: 存储 launch 启动文件
2.编写 URDF 文件
新建一个子级文件夹:urdf(可选)，文件夹中添加一个.urdf文件,复制如下内容:
<robot name="mycar">
<link name="base_link">
<visual>
<geometry>
<box size="0.5 0.2 0.1" />
</geometry>
</visual>
</link>
</robot>
3.在 launch 文件中集成 URDF 与 Rviz
在launch目录下，新建一个 launch 文件，该 launch 文件需要启动 Rviz，并导入 urdf 文件，Rviz 启动后可以自动载入解析urdf文件，并显示机器人模型，核心问题:如何导入 urdf 文件? 在 ROS 中，可以将 urdf 文件的路径设置到参数服务器，使用的参数名是:robot_description,示例代码如下:
<launch>
<!-- 设置参数 -->
<param name="robot_description" textfile="$(find 包名)/urdf/urdf/urdf01_HelloWorld.urdf" />
<!-- 启动 rviz -->
<node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" />
</launch>
4.在 Rviz 中显示机器人模型
rviz 启动后，会发现并没有盒装的机器人模型，这是因为默认情况下没有添加机器人显示组件，需要手动添加，添加方式如下:
设置完毕后，可以正常显示了
还可以添加一个坐标轴
1.2 优化 rviz 启动
重复启动launch文件时，Rviz 之前的组件配置信息不会自动保存，需要重复执行步骤4的操作，为了方便使用，可以使用如下方式优化:
首先，将当前配置保存进config目录
然后，launch文件中 Rviz 的启动配置添加参数:args,值设置为-d 配置文件路径
<launch>
<param name="robot_description" textfile="$(find 包名)/urdf/urdf/urdf01_HelloWorld.urdf" />
<node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find 报名)/config/rviz/show_mycar.rviz" />
</launch>
再启动时，就可以包含之前的组件配置了，使用更方便快捷。
二、urdf语法详解
URDF 文件是一个标准的 XML 文件，在 ROS 中预定义了一系列的标签用于描述机器人模型，机器人模型可能较为复杂，但是 ROS 的 URDF 中机器人的组成却是较为简单，可以主要简化为两部分:连杆(link标签) 与 关节(joint标签)，接下来我们就通过案例了解一下 URDF 中的不同标签:
- robot 根标签，类似于 launch文件中的launch标签
- link 连杆标签
- joint 关节标签
- gazebo 集成gazebo需要使用的标签
2.1 robot
urdf 中为了保证 xml 语法的完整性，使用了robot标签作为根标签，所有的 link 和 joint 以及其他标签都必须包含在 robot 标签内,在该标签内可以通过 name 属性设置机器人模型的名称
1.属性
name: 指定机器人模型的名称
2.子标签
其他标签都是子级标签
2.2 link
urdf 中的 link 标签用于描述机器人某个部件(也即刚体部分)的外观和物理属性，比如: 机器人底座、轮子、激光雷达、摄像头…每一个部件都对应一个 link, 在 link 标签内，可以设计该部件的形状、尺寸、颜色、惯性矩阵、碰撞参数等一系列属性
1.属性
name ---> 为连杆命名
2.子标签
visual ---> 描述外观(对应的数据是可视的)
geometry 设置连杆的形状
标签1: box(盒状)
属性:size=长(x) 宽(y) 高(z)
标签2: cylinder(圆柱)
属性:radius=半径 length=高度
标签3: sphere(球体)
属性:radius=半径
标签4: mesh(为连杆添加皮肤)
属性: filename=资源路径(格式:package://<packagename>/<path>/文件)
origin 设置偏移量与倾斜弧度
属性1: xyz=x偏移 y便宜 z偏移
属性2: rpy=x翻滚 y俯仰 z偏航 (单位是弧度)
metrial 设置材料属性(颜色)
属性: name
标签: color
属性: rgba=红绿蓝权重值与透明度 (每个权重值以及透明度取值[0,1])
collision ---> 连杆的碰撞属性
Inertial ---> 连杆的惯性矩阵
3.案例
需求:分别生成长方体、圆柱与球体的机器人部件
<link name="base_link">
<visual>
<!-- 形状 -->
<geometry>
<!-- 长方体的长宽高 -->
<!-- <box size="0.5 0.3 0.1" /> -->
<!-- 圆柱，半径和长度 -->
<!-- <cylinder radius="0.5" length="0.1" /> -->
<!-- 球体，半径-->
<!-- <sphere radius="0.3" /> -->
</geometry>
<!-- xyz坐标 rpy翻滚俯仰与偏航角度(3.14=180度 1.57=90度) -->
<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
<!-- 颜色: r=red g=green b=blue a=alpha（透明度），四者取值介于0~1 -->
<material name="black">
<color rgba="0.7 0.5 0 0.5" />
</material>
</visual>
</link>
xyz 设置机器人模型在 X Y Z 上的偏移量；rpy 用于设置倾斜弧度 X(翻滚) y(俯仰) Z(偏航)
2.3 joint
urdf 中的 joint 标签用于描述机器人关节的运动学和动力学属性，还可以指定关节运动的安全极限，机器人的两个部件(分别称之为 parent link 与 child link)以"关节"的形式相连接，不同的关节有不同的运动形式: 旋转、滑动、固定、旋转速度、旋转角度限制…,比如:安装在底座上的轮子可以360度旋转，而摄像头则可能是完全固定在底座上。
joint标签对应的数据在模型中是不可见的
1.属性
name ---> 为关节命名
type ---> 关节运动形式
continuous: 旋转关节，可以绕单轴无限旋转
revolute: 旋转关节，类似于 continues,但是有旋转角度限制
prismatic: 滑动关节，沿某一轴线移动的关节，有位置极限
planer: 平面关节，允许在平面正交方向上平移或旋转
floating: 浮动关节，允许进行平移、旋转运动
fixed: 固定关节，不允许运动的特殊关节
2.子标签
parent(必需的)
parent link的名字是一个强制的属性：
link:父级连杆的名字，是这个link在机器人结构树中的名字。
child(必需的)
child link的名字是一个强制的属性：
link:子级连杆的名字，是这个link在机器人结构树中的名字。
origin
属性: xyz=各轴线上的偏移量 rpy=各轴线上的偏移弧度。
axis
属性: xyz用于设置围绕哪个关节轴运动。
3.案例
需求:创建机器人模型，底盘为长方体，在长方体的前面添加一摄像头，摄像头可以沿着 Z 轴 360 度旋转。
URDF文件示例如下:
<!--
需求: 创建机器人模型，底盘为长方体，
在长方体的前面添加一摄像头，
摄像头可以沿着 Z 轴 360 度旋转
-->
<robot name="mycar">
<!-- 底盘 -->
<link name="base_link">
<visual>
<geometry>
<box size="0.5 0.2 0.1" />
</geometry>
<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
<material name="blue">
<color rgba="0 0 1.0 0.5" />
</material>
</visual>
</link>
<!-- 摄像头 -->
<link name="camera">
<visual>
<geometry>
<box size="0.02 0.05 0.05" />
</geometry>
<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
<material name="red">
<color rgba="1 0 0 0.5" />
</material>
</visual>
</link>
<!-- 关节 -->
<joint name="camera2baselink" type="continuous">
<parent link="base_link"/>
<child link="camera" />
<!-- 需要计算两个 link 的物理中心之间的偏移量 -->
<origin xyz="0.2 0 0.075" rpy="0 0 0" />
<axis xyz="0 0 1" />
</joint>
</robot>
launch文件示例如下:
<launch>
<param name="robot_description" textfile="$(find urdf_rviz_demo)/urdf/urdf/urdf03_joint.urdf" />
<node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find urdf_rviz_demo)/config/helloworld.rviz" />
<!--
只有上述两条语句:
表现: 设置头显示位置与颜色异常
提示:No transform from [camera] to [base link] 缺少 camera 到 base link 的坐标变换
原因:rviz 中显示 URDF 时，必须发布不同部件之间的 坐标系 关系
解决:ROS中提供了关于机器人模型显示的坐标发布相关节点(两个)
-->
<!-- 添加关节状态发布节点 -->
<node pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher" />
<!-- 添加机器人状态发布节点 -->
<node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" />
<!-- 可选:用于控制关节运动的节点 -->
<node pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" name="joint_state_publisher_gui" />
</launch>
PS:
1.状态发布节点在此是必须的:
<!-- 添加关节状态发布节点 -->
<node pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher" />
<!-- 添加机器人状态发布节点 -->
<node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" />
2.关节运动控制节点(可选)，会生成关节控制的UI，用于测试关节运动是否正常。
<!-- 可选:用于控制关节运动的节点 -->
<node pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" name="joint_state_publisher_gui" />
4.base_footpoint优化urdf
前面实现的机器人模型是半沉到地下的，因为默认情况下: 底盘的中心点位于地图原点上，所以会导致这种情况产生，可以使用的优化策略，将初始 link 设置为一个尺寸极小的 link(比如半径为 0.001m 的球体，或边长为 0.001m 的立方体)，然后再在初始 link 上添加底盘等刚体，这样实现，虽然仍然存在初始link半沉的现象，但是基本可以忽略了。这个初始 link 一般称之为 base_footpoint
<!--
使用 base_footpoint 优化
-->
<robot name="mycar">
<!-- 设置一个原点(机器人中心点的投影) -->
<link name="base_footpoint">
<visual>
<geometry>
<sphere radius="0.001" />
</geometry>
</visual>
</link>
<!-- 添加底盘 -->
<link name="base_link">
<visual>
<geometry>
<box size="0.5 0.2 0.1" />
</geometry>
<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
<material name="blue">
<color rgba="0 0 1.0 0.5" />
</material>
</visual>
</link>
<!-- 底盘与原点连接的关节 -->
<joint name="base_link2base_footpoint" type="fixed">
<parent link="base_footpoint" />
<child link="base_link" />
<origin xyz="0 0 0.05" />
</joint>
<!-- 添加摄像头 -->
<link name="camera">
<visual>
<geometry>
<box size="0.02 0.05 0.05" />
</geometry>
<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
<material name="red">
<color rgba="1 0 0 0.5" />
</material>
</visual>
</link>
<!-- 关节 -->
<joint name="camera2baselink" type="continuous">
<parent link="base_link"/>
<child link="camera" />
<origin xyz="0.2 0 0.075" rpy="0 0 0" />
<axis xyz="0 0 1" />
</joint>
</robot>
记得把参考坐标系改为base_footpoint
5.遇到问题以及解决
问题1:
命令行输出如下错误提示
UnicodeEncodeError: 'ascii' codec can't encode characters in position 463-464: ordinal not in range(128)
[joint_state_publisher-3] process has died [pid 4443, exit code 1, cmd /opt/ros/melodic/lib/joint_state_publisher/joint_state_publisher __name:=joint_state_publisher __log:=/home/rosmelodic/.ros/log/b38967c0-0acb-11eb-aee3-0800278ee10c/joint_state_publisher-3.log].
log file: /home/rosmelodic/.ros/log/b38967c0-0acb-11eb-aee3-0800278ee10c/joint_state_publisher-3*.log
rviz中提示坐标变换异常，导致机器人部件显示结构异常
原因:编码问题导致的
解决:去除URDF中的中文注释
问题2:[ERROR] [1584370263.037038]: Could not find the GUI, install the ‘joint_state_publisher_gui’ package
解决:sudo apt install ros-noetic-joint-state-publisher-gui
2.4 urdf练习
需求描述:
创建一个四轮圆柱状机器人模型，机器人参数如下,底盘为圆柱状，半径 10cm，高 8cm，四轮由两个驱动轮和两个万向支撑轮组成，两个驱动轮半径为 3.25cm,轮胎宽度1.5cm，两个万向轮为球状，半径 0.75cm，底盘离地间距为 1.5cm(与万向轮直径一致)
1.新建urdf以及launch文件
urdf 文件:基本实现
<robot name="mycar">
<!-- 设置 base_footprint -->
<link name="base_footprint">
<visual>
<geometry>
<sphere radius="0.001" />
</geometry>
</visual>
</link>
<!-- 添加底盘 -->
<!-- 添加驱动轮 -->
<!-- 添加万向轮(支撑轮) -->
</robot>
launch 文件:
<launch>
<!-- 将 urdf 文件内容设置进参数服务器 -->
<param name="robot_description" textfile="$(find demo01_urdf_helloworld)/urdf/urdf/test.urdf" />
<!-- 启动 rivz -->
<node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz_test" args="-d $(find demo01_urdf_helloworld)/config/helloworld.rviz" />
<!-- 启动机器人状态和关节状态发布节点 -->
<node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" />
<node pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher" />
<!-- 启动图形化的控制关节运动节点 -->
<node pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" name="joint_state_publisher_gui" />
</launch>
- 要在RVIZ中手动打字将Fixed Frame由base_link改为base_footprint
- 这个球好小好小，要放大才看得到
2.底盘搭建
<!--
参数
形状:圆柱
半径:10 cm
高度:8 cm
离地:1.5 cm
-->
<link name="base_link">
<visual>
<geometry>
<cylinder radius="0.1" length="0.08" />
</geometry>
<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
<material name="yellow">
<color rgba="0.8 0.3 0.1 0.5" />
</material>
</visual>
</link>
<joint name="base_link2base_footprint" type="fixed">
<parent link="base_footprint" />
<child link="base_link"/>
<origin xyz="0 0 0.055" />
</joint>
- joint设置偏移量也可以实现一样的效果，但base_footprint和base_link坐标系重叠。
- link的偏移量是物体中心与大地坐标系原点的偏移，joint的偏移量是两个link坐标系之间的偏移
- 推荐采用joint设置偏移量，后续添加连杆数量增多时，可以方便的进行坐标变换。
3.添加驱动轮
<!-- 添加驱动轮 -->
<!--
驱动轮是侧翻的圆柱
参数
半径: 3.25 cm
宽度: 1.5 cm
颜色: 黑色
关节设置:
x = 0
y = 底盘的半径 + 轮胎宽度 / 2
z = 离地间距 + 底盘长度 / 2 - 轮胎半径 = 1.5 + 4 - 3.25 = 2.25(cm)
axis = 0 1 0
-->
<link name="left_wheel">
<visual>
<geometry>
<cylinder radius="0.0325" length="0.015" />
</geometry>
<origin xyz="0 0 0" rpy="1.5705 0 0" />
<material name="black">
<color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0" />
</material>
</visual>
</link>
<joint name="left_wheel2base_link" type="continuous">
<parent link="base_link" />
<child link="left_wheel" />
<origin xyz="0 0.1 -0.0225" />
<axis xyz="0 1 0" />
</joint>
<link name="right_wheel">
<visual>
<geometry>
<cylinder radius="0.0325" length="0.015" />
</geometry>
<origin xyz="0 0 0" rpy="1.5705 0 0" />
<material name="black">
<color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0" />
</material>
</visual>
</link>
<joint name="right_wheel2base_link" type="continuous">
<parent link="base_link" />
<child link="right_wheel" />
<origin xyz="0 -0.1 -0.0225" />
<axis xyz="0 1 0" />
</joint>
- 上述launch文件在运行时会导致驱动轮疯狂抖动
现象：
原因：暂时还不知道
解决办法：注释掉上面的joint_state_publisher关节发布节点
4.添加万向轮
<!-- 添加万向轮(支撑轮) -->
<!--
参数
形状: 球体
半径: 0.75 cm
颜色: 黑色
关节设置:
x = 自定义(底盘半径 - 万向轮半径) = 0.1 - 0.0075 = 0.0925(cm)
y = 0
z = 底盘长度 / 2 + 离地间距 / 2 = 0.08 / 2 + 0.015 / 2 = 0.0475
axis= 1 1 1
-->
<link name="front_wheel">
<visual>
<geometry>
<sphere radius="0.0075" />
</geometry>
<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
<material name="black">
<color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0" />
</material>
</visual>
</link>
<joint name="front_wheel2base_link" type="continuous">
<parent link="base_link" />
<child link="front_wheel" />
<origin xyz="0.0925 0 -0.0475" />
<axis xyz="1 1 1" />
</joint>
<link name="back_wheel">
<visual>
<geometry>
<sphere radius="0.0075" />
</geometry>
<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
<material name="black">
<color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0" />
</material>
</visual>
</link>
<joint name="back_wheel2base_link" type="continuous">
<parent link="base_link" />
<child link="back_wheel" />
<origin xyz="-0.0925 0 -0.0475" />
<axis xyz="1 1 1" />
</joint>
2.5 urdf工具
在 ROS 中，提供了一些工具来方便 URDF 文件的编写，比如:
check_urdf命令可以检查复杂的 urdf 文件是否存在语法问题
urdf_to_graphiz命令可以查看 urdf 模型结构，显示不同 link 的层级关系
当然，要使用工具之前，首先需要安装，安装命令:sudo apt install liburdfdom-tools
1.check_urdf 语法检查
进入urdf文件所属目录，调用:check_urdf urdf文件，如果不抛出异常，说明文件合法,否则非法
2.urdf_to_graphiz 结构查看
进入urdf文件所属目录，调用:urdf_to_graphiz urdf文件，当前目录下会生成 pdf 文件
三、URDF优化_xacro
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
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。
3-1 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。在使用 xacro 生成 urdf 时，根标签robot中必须包含命名空间声明:xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"
否则会报错
1.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
<xacro:property name="xxxx" value="yyyy" />
属性调用
${属性名称}
算数运算
${数学表达式}
2.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
<xacro:macro name="宏名称" params="参数列表(多参数之间使用空格分隔)">
.....
参数调用格式: ${参数名}
</xacro:macro>
宏调用
<xacro:宏名称 参数1=xxx 参数2=xxx/>
3.文件包含
机器人由多部件组成，不同部件可能封装为单独的 xacro 文件，最后再将不同的文件集成，组合为完整机器人，可以使用文件包含实现
文件包含
<robot name="xxx" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
<xacro:include filename="my_base.xacro" />
<xacro:include filename="my_camera.xacro" />
<xacro:include filename="my_laser.xacro" />
....
</robot>
3-2 Xacro_完整使用流程示例
需求描述:
使用 Xacro 优化 URDF 版的小车底盘模型实现
1.编写 Xacro 文件
<!--
使用 xacro 优化 URDF 版的小车底盘实现：
实现思路:
1.将一些常量、变量封装为 xacro:property
比如:PI 值、小车底盘半径、离地间距、车轮半径、宽度 ....
2.使用 宏 封装驱动轮以及支撑轮实现，调用相关宏生成驱动轮与支撑轮
-->
<!-- 根标签，必须声明 xmlns:xacro -->
<robot name="my_base" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
<!-- 封装变量、常量 -->
<xacro:property name="PI" value="3.141"/>
<!-- 宏:黑色设置 -->
<material name="black">
<color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0" />
</material>
<!-- 底盘属性 -->
<xacro:property name="base_footprint_radius" value="0.001" /> <!-- base_footprint 半径 -->
<xacro:property name="base_link_radius" value="0.1" /> <!-- base_link 半径 -->
<xacro:property name="base_link_length" value="0.08" /> <!-- base_link 长 -->
<xacro:property name="earth_space" value="0.015" /> <!-- 离地间距 -->
<!-- 底盘 -->
<link name="base_footprint">
<visual>
<geometry>
<sphere radius="${base_footprint_radius}" />
</geometry>
</visual>
</link>
<link name="base_link">
<visual>
<geometry>
<cylinder radius="${base_link_radius}" length="${base_link_length}" />
</geometry>
<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
<material name="yellow">
<color rgba="0.5 0.3 0.0 0.5" />
</material>
</visual>
</link>
<joint name="base_link2base_footprint" type="fixed">
<parent link="base_footprint" />
<child link="base_link" />
<origin xyz="0 0 ${earth_space + base_link_length / 2 }" />
</joint>
<!-- 驱动轮 -->
<!-- 驱动轮属性 -->
<xacro:property name="wheel_radius" value="0.0325" /><!-- 半径 -->
<xacro:property name="wheel_length" value="0.015" /><!-- 宽度 -->
<!-- 驱动轮宏实现 -->
<xacro:macro name="add_wheels" params="name flag">
<link name="${name}_wheel">
<visual>
<geometry>
<cylinder radius="${wheel_radius}" length="${wheel_length}" />
</geometry>
<origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="${PI / 2} 0.0 0.0" />
<material name="black" />
</visual>
</link>
<joint name="${name}_wheel2base_link" type="continuous">
<parent link="base_link" />
<child link="${name}_wheel" />
<origin xyz="0 ${flag * base_link_radius} ${-(earth_space + base_link_length / 2 - wheel_radius) }" />
<axis xyz="0 1 0" />
</joint>
</xacro:macro>
<xacro:add_wheels name="left" flag="1" />
<xacro:add_wheels name="right" flag="-1" />
<!-- 支撑轮 -->
<!-- 支撑轮属性 -->
<xacro:property name="support_wheel_radius" value="0.0075" /> <!-- 支撑轮半径 -->
<!-- 支撑轮宏 -->
<xacro:macro name="add_support_wheel" params="name flag" >
<link name="${name}_wheel">
<visual>
<geometry>
<sphere radius="${support_wheel_radius}" />
</geometry>
<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
<material name="black" />
</visual>
</link>
<joint name="${name}_wheel2base_link" type="continuous">
<parent link="base_link" />
<child link="${name}_wheel" />
<origin xyz="${flag * (base_link_radius - support_wheel_radius)} 0 ${-(base_link_length / 2 + earth_space / 2)}" />
<axis xyz="1 1 1" />
</joint>
</xacro:macro>
<xacro:add_support_wheel name="front" flag="1" />
<xacro:add_support_wheel name="back" flag="-1" />
</robot>
2.集成launch文件
方式1:先将 xacro 文件转换出 urdf 文件，然后集成
先将 xacro 文件解析成 urdf 文件:rosrun xacro xacro xxx.xacro > xxx.urdf然后再按照之前的集成方式直接整合 launch 文件,内容示例:
<launch>
<param name="robot_description" textfile="$(find demo01_urdf_helloworld)/urdf/xacro/my_base.urdf" />
<node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find demo01_urdf_helloworld)/config/helloworld.rviz" />
<node pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher" output="screen" />
<node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" output="screen" />
<node pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" name="joint_state_publisher_gui" output="screen" />
</launch>
方式2:在 launch 文件中直接加载 xacro(建议使用)
launch 内容示例:
<launch>
<param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find demo01_urdf_helloworld)/urdf/xacro/my_base.urdf.xacro" />
<node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find demo01_urdf_helloworld)/config/helloworld.rviz" />
<node pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher" output="screen" />
<node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" output="screen" />
<node pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" name="joint_state_publisher_gui" output="screen" />
</launch>
核心代码:
<param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find demo01_urdf_helloworld)/urdf/xacro/my_base.urdf.xacro" />
加载robot_description时使用command属性，属性值就是调用 xacro 功能包的 xacro 程序直接解析 xacro 文件。
3- Xacro_实操
需求描述:
在前面小车底盘基础之上，添加摄像头和雷达传感器。
实现分析:
机器人模型由多部件组成，可以将不同组件设置进单独文件，最终通过文件包含实现组件的拼装。
实现流程:
- 首先编写摄像头和雷达的 xacro 文件
- 然后再编写一个组合文件，组合底盘、摄像头与雷达
- 最后，通过 launch 文件启动 Rviz 并显示模型
1.摄像头和雷达 Xacro 文件实现
摄像头 xacro 文件:
<!-- 摄像头相关的 xacro 文件 -->
<robot name="my_camera" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
<!-- 摄像头属性 -->
<xacro:property name="camera_length" value="0.01" /> <!-- 摄像头长度(x) -->
<xacro:property name="camera_width" value="0.025" /> <!-- 摄像头宽度(y) -->
<xacro:property name="camera_height" value="0.025" /> <!-- 摄像头高度(z) -->
<xacro:property name="camera_x" value="0.08" /> <!-- 摄像头安装的x坐标 -->
<xacro:property name="camera_y" value="0.0" /> <!-- 摄像头安装的y坐标 -->
<xacro:property name="camera_z" value="${base_link_length / 2 + camera_height / 2}" /> <!-- 摄像头安装的z坐标:底盘高度 / 2 + 摄像头高度 / 2 -->
<!-- 摄像头关节以及link -->
<link name="camera">
<visual>
<geometry>
<box size="${camera_length} ${camera_width} ${camera_height}" />
</geometry>
<origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" />
<material name="black" />
</visual>
</link>
<joint name="camera2base_link" type="fixed">
<parent link="base_link" />
<child link="camera" />
<origin xyz="${camera_x} ${camera_y} ${camera_z}" />
</joint>
</robot>
雷达 xacro 文件:
<!--
小车底盘添加雷达
-->
<robot name="my_laser" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
<!-- 雷达支架 -->
<xacro:property name="support_length" value="0.15" /> <!-- 支架长度 -->
<xacro:property name="support_radius" value="0.01" /> <!-- 支架半径 -->
<xacro:property name="support_x" value="0.0" /> <!-- 支架安装的x坐标 -->
<xacro:property name="support_y" value="0.0" /> <!-- 支架安装的y坐标 -->
<xacro:property name="support_z" value="${base_link_length / 2 + support_length / 2}" /> <!-- 支架安装的z坐标:底盘高度 / 2 + 支架高度 / 2 -->
<link name="support">
<visual>
<geometry>
<cylinder radius="${support_radius}" length="${support_length}" />
</geometry>
<origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" />
<material name="red">
<color rgba="0.8 0.2 0.0 0.8" />
</material>
</visual>
</link>
<joint name="support2base_link" type="fixed">
<parent link="base_link" />
<child link="support" />
<origin xyz="${support_x} ${support_y} ${support_z}" />
</joint>
<!-- 雷达属性 -->
<xacro:property name="laser_length" value="0.05" /> <!-- 雷达长度 -->
<xacro:property name="laser_radius" value="0.03" /> <!-- 雷达半径 -->
<xacro:property name="laser_x" value="0.0" /> <!-- 雷达安装的x坐标 -->
<xacro:property name="laser_y" value="0.0" /> <!-- 雷达安装的y坐标 -->
<xacro:property name="laser_z" value="${support_length / 2 + laser_length / 2}" /> <!-- 雷达安装的z坐标:支架高度 / 2 + 雷达高度 / 2 -->
<!-- 雷达关节以及link -->
<link name="laser">
<visual>
<geometry>
<cylinder radius="${laser_radius}" length="${laser_length}" />
</geometry>
<origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" />
<material name="black" />
</visual>
</link>
<joint name="laser2support" type="fixed">
<parent link="support" />
<child link="laser" />
<origin xyz="${laser_x} ${laser_y} ${laser_z}" />
</joint>
</robot>
2.组合底盘摄像头与雷达的 xacro 文件
<!-- 组合小车底盘与摄像头与雷达 -->
<robot name="my_car_camera" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
<xacro:include filename="my_base.urdf.xacro" />
<xacro:include filename="my_camera.urdf.xacro" />
<xacro:include filename="my_laser.urdf.xacro" />
</robot>
3.launch 文件
<launch>
<param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find demo01_urdf_helloworld)/urdf/xacro/my_base_camera_laser.urdf.xacro" />
<node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find demo01_urdf_helloworld)/config/helloworld.rviz" />
<node pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher" output="screen" />
<node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" output="screen" />
<node pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" name="joint_state_publisher_gui" output="screen" />
</launch>
参考：
[1]Autolabor-ROS机器人入门课程《ROS理论与实践》季基础教程
[2]【Autolabor初级教程】ROS机器人入门
[3]胡春旭.ROS机器人开发实践[M].机械工业出版社,2018.
文章来源:https://blog.csdn.net/qq_46276154/article/details/135270586
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