3.4 使用Xacro优化自己的ROS小车模型
和上一篇一样，首先奉上xacro的官网地址：http://wiki.ros.org/xacro。
本文章只基于上一篇针对urdf文件的缺点进行优化开发，不做更多的xacro介绍。当然对于ROS机器人平台搭建，这里对xacro的介绍已经足够了。
本篇文章，要感谢深蓝学院，开发出这么好的课程，本篇内容几乎是课件内容的重现。
3.4.1 urdf建模存在的问题
urdf的缺点：
- 模型冗长，重复内容过大，相似的关节都要重复编写
- 参数修改麻烦，不便于二次开发
- 没有参数计算能力等等
3.4.2 使用Xacro 建模的优势
首先可以理解xacro是urdf的进化版本。
xacro里面的模型仍然是urdf模型，但是从整个模型的管理上有很大的改观。
- 提供编程接口
- 常量
- 变量
- 数学计算
- 条件语句
- 精简模型代码
- 宏定义
- 文件包含
3.4.3 xacro模型文件常用语法介绍
常量定义
<xacro:property name="M_PI" value="3.14159"/>
xacro:property 常量定义标签
name = 常量名
value = 常量值
常量使用
<origin xyz="0 0 0" rpy="${M_PI/2} 0 0"/>
通常使用${常量名} 使用常量，并且在{}内还可以进行加减乘除等数学运算
数学计算
<origin xyz="0 ${(motor_length+wheel_length)/2} 0" rpy="0 0 0"/>
在括号里使用数学运算，所有数学运算都会转化为浮点数进行计算，保证运算精度。
宏定义
<xacro:macro name="name" params="A B C">
......具体模型定义（类似函数内容）
</xacro:macro>
xacro:macro 定义标签
name = 宏定义名字，类似C语言函数名字
params = 类似C语言函数参数，可以是字符串
宏调用
<name A="A_value" B="B_value" C="C_value" />
name = 宏定义的名字，即函数名
A = 参数A…
文件包含
<xacro:include filename="$(find robot_descripiton)/xacro/robot_base.xacro" />
xacro:include 文件包含定义标签
filename 存放xacro文件绝对地址，含文件名字
使用$(find + 功能包) =功能包的绝对路径
模型显示
方法一：将xacro文件通过命令转化为urdf文件，使用上一章的方式显示（不常用）
rosrun xacro xacro.py robot.xacro>robot.urdf
方法二：直接使用xacro文件解析器
<arg name="model" default="$(find xacro)/xacro --inorder '$(find robot_description)/xacro/robot.xacro'" />
<arg name="gui" default="true" />
<param name="robot_description" command="$(arg model)" />
根据自己xacro的存放路径，按照上述格式自行更改。
3.4.4 xacro建模实例
本次仍然和上一章一样，只构建一个最基础的带激光雷达的机器人模型。该实例在上一章创建的功能包的基础之上进行继续开发。
- 新建存放xacro文件的文件夹
cd ~/catkin_test_ws/src/robot_description/
mkdir xacro
cd xacro
- 新建robot_base.xacro文件
主要是做出各种基础宏定义函数。
vim robot_base.xacro
下面是robot_base.xacro文件全部内容，可以对比和urdf的不同之处。
使用robot name=“robot” xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro"表明文件是xacro文件。
使用xacro:property name=“M_PI” value=“3.1415926” 定义常量放在一起，便于修改与运算，其他类比。
使用xacro:macro name=“wheel” params=“prefix reflect” 宏定义轮子，以备后面使用。
使用xacro:macro name=“caster” params="prefix reflect"宏定义万向轮，以备后面使用。
使用xacro:macro name=“robot_base” 宏定义机器人主体，以备其他文件使用。
<?xml version="1.0"?>
<robot name="robot" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
<!-- PROPERTY LIST -->
<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"/> <!-- wheel_radius - ( base_length/2 - wheel_joint_z) -->
<xacro:property name="caster_joint_x" value="0.18"/>
<!-- Defining the colors used in this robot -->
<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>
<!-- Macro for robot wheel -->
<xacro:macro name="wheel" params="prefix reflect">
<joint name="${prefix}_wheel_joint" type="continuous">
<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>
<!-- Macro for robot caster -->
<xacro:macro name="caster" params="prefix reflect">
<joint name="${prefix}_caster_joint" type="continuous">
<origin xyz="${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="robot_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="${base_radius}"/>
</geometry>
<material name="yellow" />
</visual>
</link>
<wheel prefix="left" reflect="-1"/>
<wheel prefix="right" reflect="1"/>
<caster prefix="front" reflect="-1"/>
<caster prefix="back" reflect="1"/>
</xacro:macro>
</robot>
- 新建robot.xacro文件
cd xacro
vim robot.xacro
robot.xacro文件内容如下，主要是引用robot_base.xacro文件，宏调用定义机器人主体模型。
<?xml version="1.0"?>
<robot name="robot" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
<xacro:include filename="$(find robot_description)/xacro/robot_base.xacro" />
<robot_base/>
</robot>
- 新建显示xacro模型的launch文件
cd ~/catkin_test_ws/src/robot_description/launch
cp dispaly_robot_with_laser.launch dispaly_robot_base_xacro.launch #上一章新建过，所以这里直接复制其他文件修改即可
修改dispaly_robot_base_xacro.launch文件内容如下
<launch>
<arg name="model" default="$(find xacro)/xacro --inorder '$(find robot_description)/xacro/robot.xacro'" />
<param name="robot_description" command="$(arg model)" />
<!-- 运行joint_state_publisher_gui节点，发布机器人的关节状态 -->
<node name="joint_state_publisher_gui" pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" />
<!-- 运行robot_state_publisher节点，发布tf,将机器人的连杆关节之间的关系，通过TF的形式，整理成三维姿态发布出去 -->
<node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="state_publisher" />
</launch>
- 运行dispaly_robot_base_xacro.launch文件
cd ~/catkin_test_ws
catkin_make
source devel/setup.bash
rospack profile
roslaunch robot_description dispaly_robot_base_xacro.launch
将出现下面这样的错误，原因是，joint_state_publisher_gui功能包默认没有安装。如果上一章，错误出现过，将不会再出现。
解决方法：
sudo apt-get install ros-kinetic-joint-state-publisher
sudo apt-get install ros-kinetic-joint-state-publisher-gui
将出现下面一个这样的gui调试窗口。
- 使用rviz查看自己的机器人模型
rviz
然后将Fixed Frame 选择base_link，就出现你要小车模型了。
- 新建添加激光雷达的机器人模型的xacro文件
cd ~/catkin_test_ws/src/robot_description/xacro
mkdir sensors #存放传感器的xacro文件，以后添加其他传感器就方便了
cd sensors
vim lidar.xacro
lidar.xacro的内容如下
<?xml version="1.0"?>
<robot name="laser" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro" >
<xacro:macro name="rplidar" params="prefix:=laser">
<link name="${prefix}_link">
<visual>
<origin xyz=" 0 0 0 " rpy="0 0 0" />
<geometry>
<cylinder length="0.06" radius="0.035"/>
</geometry>
<material name="black"/>
</visual>
</link>
</xacro:macro>
</robot>
- 新建robot_with_laser.xacro文件
cd ~/catkin_test_ws/src/robot_description/xacro
vim robot_with_laser.xacro
robot_with_laser.xacro 文件内容如下
<?xml version="1.0"?>
<robot name="robot" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
<xacro:include filename="$(find robot_description)/xacro/robot_base.xacro" />
<xacro:include filename="$(find robot_description)/xacro/sensors/lidar.xacro" />
<xacro:property name="laser_offset_x" value="0.0" />
<xacro:property name="laser_offset_y" value="0.0" />
<xacro:property name="laser_offset_z" value="0.082" />
<robot_base/>
<!-- laser -->
<joint name="laser_joint" type="fixed">
<origin xyz="${laser_offset_x} ${laser_offset_y} ${laser_offset_z}" rpy="0 0 0" />
<parent link="base_link"/>
<child link="laser_link"/>
</joint>
<xacro:rplidar prefix="laser"/>
</robot>
关于新建显示xacro模型的launch文件，以及如何显示模型和上面内容一致，对launch文件的model参数引入的文件名字稍作修改即可，效果如下。
3.4.5 总结
通过本章内容，我们清楚认识到，xacro文件对于机器人建模的优点，特别是针对复杂模型。易读、容易修改、有编程接口等等，好处多多。
但是，我们需要思考一个问题，我们的小车复杂吗？如果不复杂，我们可以接受urdf的直白繁琐吗？如果可以接受，本章的内容将毫无意义。因为urdf和xacro模型文件，实现的是同一种功能，既然对于简单的小车使用urdf就足够了，又没有很繁琐，这时使用xacro意义不大。
下面，我们就要正式进入ros小车ros层的重要部分了。下一章，我们对差分轮式机器人的里程计模型进行说明。
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