機器人系統仿真(八)——xacro小車底盤模型案例

參考視頻：【奧特學園】ROS機器人入門課程《ROS理論與實踐》零基礎教程_嗶哩嗶哩_bilibili

參考文檔：http://www.autolabor.com.cn/book/ROSTutorials/

需求描述:

使用 Xacro 優化 URDF 版的小車底盤模型實現

結果演示:

1.編寫 Xacro 文件

<!--
    使用 xacro 優化 URDF 版的小車底盤實現：

    實現思路:
    1.將一些常量、變量封裝為 xacro:property
      比如:PI 值、小車底盤半徑、離地間距、車輪半徑、寬度 ....
    2.使用 宏 封裝驅動輪以及支撐輪實現，調用相關宏生成驅動輪與支撐輪

-->
<!-- 根標簽，必須聲明 xmlns:xacro -->
<robot name="my_base" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
    <!-- 封裝變量、常量 -->
    <xacro:property name="PI" value="3.141"/>
    <!-- 宏:黑色設置 -->
    <material name="black">
        <color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0" />
    </material>
    <!-- 底盤屬性 -->
    <xacro:property name="base_footprint_radius" value="0.001" /> <!-- base_footprint 半徑  -->
    <xacro:property name="base_link_radius" value="0.1" /> <!-- base_link 半徑 -->
    <xacro:property name="base_link_length" value="0.08" /> <!-- base_link 長 -->
    <xacro:property name="earth_space" value="0.015" /> <!-- 離地間距 -->

    <!-- 底盤 -->
    <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="green">
          <color rgba="0.3 0.5 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>

    <!-- 驅動輪 -->
    <!-- 驅動輪屬性 -->
    <xacro:property name="wheel_radius" value="0.0325" /><!-- 半徑 -->
    <xacro:property name="wheel_length" value="0.015" /><!-- 寬度 -->
    <!-- 驅動輪宏實現 -->
    <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" />
    <!-- 支撐輪 -->
    <!-- 支撐輪屬性 -->
    <xacro:property name="support_wheel_radius" value="0.0075" /> <!-- 支撐輪半徑 -->

    <!-- 支撐輪宏 -->
    <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:先將 xacro 文件轉換出 urdf 文件，然后集成

先將 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,內容示例:

<launch>
    <!--1.在參數服務器中載入urdf-->
    <param name="robot_description" textfile="$(find urdf01_rviz)/urdf/xacro/demo05_car_base.urdf" />

    <!--2.啟動rviz-->
    <node pkg="rviz" name="rviz" type="rviz" args="-d $(find urdf01_rviz)/config/show_mycar.rviz"/>

    <!--3.關節狀態發布節點-->
    <node pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher"/>
    <!--4.機器人狀態發布節點-->
    <node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher"/>
    <!--5.添加控制關節運動的節點-->
    <node pkg="joint_state_publisher_gui"  type="joint_state_publisher_gui"  name="joint_state_publisher_gui" />
</launch>

輸入命令運行：

cys@ubuntu:~/demo05_ws$ source ./devel/setup.bash
cys@ubuntu:~/demo05_ws$ roslaunch urdf01_rviz demo06_car_base.launch 

方式2:在 launch 文件中直接加載 xacro(建議使用)

launch 內容示例:

<launch>
    <!--1.在參數服務器中載入urdf-->
    <!--<param name="robot_description" textfile="$(find urdf01_rviz)/urdf/xacro/demo05_car_base.urdf" />-->
    <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro  $(find urdf01_rviz)/urdf/xacro/demo05_car_base.urdf.xacro" />
    <!--2.啟動rviz-->
    <node pkg="rviz" name="rviz" type="rviz" args="-d $(find urdf01_rviz)/config/show_mycar.rviz"/>

    <!--3.關節狀態發布節點-->
    <node pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher"/>
    <!--4.機器人狀態發布節點-->
    <node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher"/>
    <!--5.添加控制關節運動的節點-->
    <node pkg="joint_state_publisher_gui"  type="joint_state_publisher_gui"  name="joint_state_publisher_gui" />
</launch>

核心代碼:

<param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro  $(find urdf01_rviz)/urdf/xacro/demo05_car_base.urdf.xacro" />

加載 robot_description 時使用 command 屬性，屬性值就是調用 xacro 功能包的 xacro 程序直接解析 xacro 文件。