6.5 URDF優(yōu)化_xacro

場景

前面 URDF 文件構建機器人模型的過程中，存在若干問題。

問題1：在設計關節(jié)的位置時，需要按照一定的規(guī)則計算，規(guī)則是固定的，但是在 URDF 中依賴于人工計算，存在不便，容易計算失誤，且當某些參數(shù)發(fā)生改變時，還需要重新計算。 問題2：URDF中的部分內容是高度重復的，比如車輪的設計實現(xiàn)，不同輪子只是部分參數(shù)不同，形狀、顏色、翻轉量都是一致的，在實際應用中，構建復雜的機器人模型時，更是易于出現(xiàn)高度重復的設計，按照一般的編程思想涉及到重復代碼應該考慮封裝、復用，但是在之前的URDF文件中并沒有相關操作。 ......

如果在一般編程語言中遇到類似問題，我們可以通過變量結合函數(shù)解決。對應的，在 ROS 中也給出了類似編程的優(yōu)化方案，該方案稱之為：Xacro。

概念

Xacro 是 XML Macros 的縮寫，Xacro 是一種 XML 宏語言，是可編程的 XML。

Xacro 可以聲明變量，可以通過數(shù)學運算求解；可以使用流程控制控制執(zhí)行順序；還可以通過宏封裝、復用功能，從而提高代碼復用率以及程序的安全性。

作用

較之于純粹的 URDF 實現(xiàn)，可以編寫更安全、精簡、易讀性更強的機器人模型文件，且可以提高編寫效率。

6.5.1 xacro_快速體驗

1.需求

使用xacro優(yōu)化6.4.4 URDF練習中的小車底盤實現(xiàn)，需要使用變量封裝車輛參數(shù)，并使用 xacro 宏封裝輪子重復的代碼并調用宏創(chuàng)建四個輪子(注意: 在此，演示 xacro 的基本使用，不必要生成合法的 URDF )。

2.實現(xiàn)

功能包cpp06_urdf的urdf/xacro目錄下，新建xacro文件demo01_helloworld.urdf.xacro，并編輯文件，輸入如下內容：

終端下進入當前文件所述目錄，輸入如下指令：

xacro demo01_helloworld.urdf.xacro

終端將會輸出如下內容：

6.5.2 xacro_使用語法

xacro 提供了可編程接口，類似于計算機語言，包括變量聲明調用、函數(shù)聲明與調用等語法實現(xiàn)。在使用 xacro 生成 urdf 時，根標簽robot中必須包含命名空間聲明:xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"。

1.變量與算數(shù)運算

變量用于封裝 URDF 中的一些字段，比如: PAI 值，小車的尺寸，輪子半徑 ....，變量的基本使用語法包括變量定義、變量調用、變量運算等。

1.1變量定義

1.2變量調用

1.3變量運算

2.宏

類似于函數(shù)實現(xiàn)，提高代碼復用率，優(yōu)化代碼結構，提高安全性。宏的基本使用語法包括宏的定義與調用。

2.1宏定義

語法格式：

2.2宏調用

3.文件包含

機器人由多部件組成，不同部件可能封裝為單獨的 xacro 文件，最后再將不同的文件集成，組合為完整機器人，可以使用文件包含實現(xiàn)。

6.5.3 xacro_練習

1.需求

使用xacro創(chuàng)建一個四輪機器人模型，該模型底盤可以參考6.4.4 URDF練習中的實現(xiàn)，并且在底盤之上添加了相機與激光雷達。相機與激光雷達的尺寸參數(shù)、安裝位置可自定義。

2.實現(xiàn)分析

需求中的機器人模型是由底盤、攝像頭和雷達三部分組成的，那么可以將每一部分都封裝進一個xacro文件，最后再通過xacro文件包含組織成一個完整的機器人模型。

3.實現(xiàn)

功能包cpp06_urdf的urdf/xacro目錄下，新建多個xacro文件，分別為：

• car.urdf.xacro：用于包含不同機器人部件對應的xacro文件；

• car_base.urdf.xacro：描述機器人底盤的xacro文件；

• car_camera.urdf.xacro：描述攝像頭的xacro文件；

• car_laser.urdf.xacro：描述雷達的xacro文件。

編輯car.urdf.xacro文件，輸入如下內容：<robot name="car" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"> ? ?<xacro:include filename="car_base.urdf.xacro"/> ? ?<xacro:include filename="car_camera.urdf.xacro"/> ? ?<xacro:include filename="car_laser.urdf.xacro"/> </robot>

編輯car_base.urdf.xacro文件，輸入如下內容：

編輯car_camera.urdf.xacro文件，輸入如下內容：

ros2 launch cpp06_urdf display.launch.py model:=`ros2 pkg prefix --share cpp06_urdf`/urdf/xacro/car.urdf.xacro

命令執(zhí)行后，rviz2 中可以顯示與需求類似的機器人模型。

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