ROS——UDRF机器人模型优化（xacro）

UDRF机器人模型的不足

UDRF机器人模型的实现参考链接：
https://blog.csdn.net/qq_43279579/article/details/114991696

• 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

UDRF机器人模型的优化实现

xacro模型优势

• 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

xacro的使用方法

1.常量定义

<!--name是定义的常量名，value是常量的值-->
<xacro:property name="M_PI" value="3.14159"/>

2.常量使用

<!--常量 ${ } 在括号里使用常量 在括号里面可以进行运算-->
<origin xyz="0 0 0" rpy="${M_PI/2} 0 0"/>

3.数学计算

<!--括号里面可以进行运算-->
<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

4.宏定义

<!--name是宏定义的名字类似函数名，params是类似函数参数，可以是字符串-->
<xacro:macro name="name" params="A B C">
   ......具体模型定义（类似函数内容）
</xacro:macro>

5.宏调用

<!--A_value，B_value，C_value是宏的名称-->
<name A="A_value" B="B_value" C="C_value" />

6.文件包含

<!--$(find+功能包)=包的具体路径-->
<xacro:include filename="$(find mbot_descripiton)/urdf/xacro/mbot_base.xacro" />

xacro创建一个小车机器人

编辑xacro机器人模型

1.xacro机器人模型相关设置

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

mbot_base.xacro文件内容

<!--声明xml文件及版本-->
<?xml version="1.0"?>
<robot name="mbot" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
	<!--定义相关机器人常量-->
    <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"/>
   <!--定义相关机器人颜色常量-->
    <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>
    <!--定义驱动轮的宏定义--> 
    <!--prefix（左轮还是右轮） reflect（镜像关系）-->
    <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>
   <!--定义支撑轮的宏定义-->
   <!--prefix（前轮还是后轮） reflect（镜像关系）-->
    <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>
    <!--定义主体base -->
        <xacro:macro name="mbot_base">  <!-- 宏定义 -->
        <link name="base_footprint">   <!-- 主要作用可以修改机器人主体的整体位置 -->
            <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"><!-- 让机器人的base_link上移，至车轮与水平线平齐 -->
            <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"/> <!-- 调用驱动轮子宏定义 -->
        <wheel prefix="right" reflect="1"/> <!-- 调用驱动轮子宏定义 -->

        <caster prefix="front" reflect="-1"/> <!-- 调用支撑轮子宏定义 -->
        <caster prefix="back" reflect="1"/> <!-- 调用支撑轮子宏定义 -->
    </xacro:macro>
</robot>

sudo gedit mbot.xacro

mbot.xacro文件内容

<?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" /> <!-- 包含文件 -->
    <mbot_base/>    <!-- 调用宏定义 -->
</robot>

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

display_mbot_base_xacro.launch文件内容

<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="$(arg model)" />
    <!-- 设置GUI参数，显示关节控制插件 -->
	<param name="use_gui" value="$(arg gui)"/>
    <!-- 运行joint_state_publisher节点，发布机器人的关节状态  -->
	<node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" />
	<!-- 运行robot_state_publisher节点，发布tf  -->
	<node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" />
    <!-- 运行rviz可视化界面 -->
	<node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" args="-d $(find mbot_description)/config/mbot.rviz" required="true" />
</launch>

问题说明
出现图片中的问题
解决方法：
将mbot_base.xacro文件中joint标签的type修改为fixed

启动模型在rviz中显示

查看显示效果

roslaunch mbot_description display_mbot_base_xacro.launch

小结

通过xacro对URDF模型进行优化，发现这个在代码量上极大简化，而且更加便于对代码进行修改。除此之外，代码会更加具体条理。

参考链接

1.UDRF优化—XACRO
2.命名空间的问题导致No transform from […_link] to [base_link]