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一、定义
通俗来说,
xacro
就是urdf
文件的一种“进阶版”,它是用来简化和优化机器人的描述文件,使得多个机器人可以共享同样的部件和结构,避免重复编写相同的代码。假设你有很多机器人,它们的结构相似,比如都有轮子、传感器、臂部等部件。每次你需要为这些机器人写
urdf
文件时,都要重复描述每个部件(比如轮子、关节、传感器等)。这样写非常繁琐且容易出错。
xacro
的作用 :就是通过封装和参数化这些部件,使得你可以更方便地重用已有的结构,只需要少量的修改就可以生成不同机器人的urdf
文件。类似C语言中函数的封装。
二、xacro
文件常见组成部分
1. 命名空间声明
该命名空间的定义使得文件中的
xacro
特性能够正常工作,让你在模型中使用宏和其他xacro
相关的功能。<robot xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro" name="robot">
2. 定义宏
宏用于封装可复用的结构,例如机器人关节、链接等。你可以定义一个宏并在多个地方调用它,宏可以带有参数,这样就可以创建不同配置的部件。
<xacro:macro name="wheel" params="name x_offset y_offset"> <!-- 定义轮子的link和joint --> </xacro:macro>
3. 调用宏
宏定义完成后,可以在
xacro
文件的任意位置调用宏来生成相应的部件。调用时,可以传递参数值来定制生成的部件。<xacro:wheel name="right_wheel" x_offset="0.1" y_offset="-0.09"/> <xacro:wheel name="left_wheel" x_offset="0.1" y_offset="0.09"/>
4. 定义参数
你可以在
xacro
文件中定义变量(参数),这些变量可以在宏中使用,也可以传递给其它部分。这使得配置变得更加灵活和动态。在这个例子中,
wheel_radius
是一个参数,表示轮子的半径。在后续的代码中,可以直接使用这个参数。<xacro:property name="wheel_radius" value="0.025"/>
5. 条件语句
xacro
支持条件语句,你可以根据不同的条件生成不同的机器人模型或某些部件。例如,如果你希望某个部件只有在某个参数为true
时才创建,你可以使用xacro:if
和xacro:else
。<xacro:if value="${robot_type == 'mobile'}"> <!-- 如果是移动机器人,添加特定部件 --> </xacro:if>
6. 转换 xacro 文件为 urdf
你可以使用 ROS 提供的工具来将
xacro
文件转换为 URDF 文件,生成的 URDF 文件可以直接用于机器人仿真、控制等。rosrun xacro xacro mybot.xacro > mybot.urdf
7. gazebo标签
在 XACRO 文件中,
<gazebo>
标签用于定义与 Gazebo 仿真环境 相关的设置和插件。Gazebo 是一个强大的仿真工具,用于模拟机器人、传感器以及与环境的交互。当你在 XACRO 中使用gazebo
标签时,通常是为了控制仿真中的物理属性、传感器和控制插件。这里将不再过多介绍该标签的用法,详细请查看其他博客。
三、代码示例
1. gazebo标签使用(仿真参数配置)
功能:用于描述一些物体以及传感器在gazebo仿真中的一些数据,例如摩擦系数、速度等等。
mybot_gazebo.xacro
<?xml version="1.0"?> <robot name="mybot" xmlns:xacro="http://ros.org/wiki/xacro"> <!-- 定义了3个参数:激光、相机和IMU的可视化开关 --> <xacro:arg name="laser_visual" default="false"/> <xacro:arg name="camera_visual" default="false"/> <xacro:arg name="imu_visual" default="false"/> <!-- Gazebo仿真环境中为 base_link 设置物理材质 --> <gazebo reference="base_link"> <material>Gazebo/DarkGrey</material> <!-- 使用 DarkGrey 材质 --> </gazebo> <!-- 为左轮设置物理属性,包括摩擦系数、刚度等 --> <gazebo reference="left_wheel_link"> <mu1>0.5</mu1> <!-- 摩擦系数 --> <mu2>0.5</mu2> <!-- 摩擦系数 --> <kp>500000.0</kp> <!-- 刚度 --> <kd>10.0</kd> <!-- 阻尼 --> <minDepth>0.001</minDepth> <!-- 最小深度 --> <maxVel>1.0</maxVel> <!-- 最大速度 --> <fdir1>1 0 0</fdir1> <!-- 摩擦方向 --> <material>Gazebo/DarkGrey</material> <!-- 使用 DarkGrey 材质 --> </gazebo> <!-- 为右轮设置物理属性 --> <gazebo reference="right_wheel_link"> <mu1>0.5</mu1> <!-- 摩擦系数 --> <mu2>0.5</mu2> <!-- 摩擦系数 --> <kp>500000.0</kp> <!-- 刚度 --> <kd>10.0</kd> <!-- 阻尼 --> <minDepth>0.001</minDepth> <!-- 最小深度 --> <maxVel>1.0</maxVel> <!-- 最大速度 --> <fdir1>1 0 0</fdir1> <!-- 摩擦方向 --> <material>Gazebo/FlatBlack</material> <!-- 使用 FlatBlack 材质 --> </gazebo> <!-- 为球形支撑轮设置物理属性 --> <gazebo reference="ball_wheel_link"> <mu1>0.1</mu1> <!-- 摩擦系数 --> <mu2>0.1</mu2> <!-- 摩擦系数 --> <kp>500000.0</kp> <!-- 刚度 --> <kd>100.0</kd> <!-- 阻尼 --> <minDepth>0.001</minDepth> <!-- 最小深度 --> <maxVel>1.0</maxVel> <!-- 最大速度 --> <material>Gazebo/FlatBlack</material> <!-- 使用 FlatBlack 材质 --> </gazebo> <!-- 定义 IMU 传感器的Gazebo设置 --> <gazebo reference="imu"> <sensor type="imu" name="imu"> <always_on>true</always_on> <!-- IMU 始终开启 --> <visualize>$(arg imu_visual)</visualize> <!-- 根据 imu_visual 参数来显示/隐藏 IMU --> </sensor> <material>Gazebo/FlatBlack</material> <!-- 使用 FlatBlack 材质 --> </gazebo> <!-- 定义机器人控制插件,用于ROS控制 --> <gazebo> <plugin name="mybot_controller" filename="libgazebo_ros_diff_drive.so"> <commandTopic>cmd_vel</commandTopic> <!-- 控制命令话题 --> <odometryTopic>odom</odometryTopic> <!-- 里程计话题 --> <odometryFrame>odom</odometryFrame> <!-- 里程计坐标系 --> <odometrySource>world</odometrySource> <!-- 里程计数据来源 --> <publishOdomTF>true</publishOdomTF> <!-- 是否发布里程计TF --> <robotBaseFrame>base_footprint</robotBaseFrame> <!-- 机器人基座坐标系 --> <publishWheelTF>false</publishWheelTF> <!-- 是否发布轮子坐标系 --> <publishTf>true</publishTf> <!-- 是否发布TF --> <publishWheelJointState>true</publishWheelJointState> <!-- 是否发布轮子的关节状态 --> <legacyMode>false</legacyMode> <!-- 是否使用旧版控制模式 --> <updateRate>30</updateRate> <!-- 控制更新率(30Hz) --> <leftJoint>left_wheel_joint</leftJoint> <!-- 左轮的关节 --> <rightJoint>right_wheel_joint</rightJoint> <!-- 右轮的关节 --> <wheelSeparation>0.180</wheelSeparation> <!-- 轮子间距 --> <wheelDiameter>0.05</wheelDiameter> <!-- 轮子直径 --> <wheelAcceleration>10</wheelAcceleration> <!-- 轮子的加速度 --> <wheelTorque>100</wheelTorque> <!-- 轮子的最大扭矩 --> <rosDebugLevel>na</rosDebugLevel> <!-- 不使用ROS调试 --> </plugin> </gazebo> <!-- 定义IMU插件 --> <gazebo> <plugin name="imu_plugin" filename="libgazebo_ros_imu.so"> <alwaysOn>true</alwaysOn> <!-- 始终开启 --> <bodyName>imu</bodyName> <!-- 传感器所在的身体名称 --> <frameName>imu</frameName> <!-- 传感器的框架名称 --> <topicName>imu</topicName> <!-- 传感器数据发布话题 --> <serviceName>imu_service</serviceName> <!-- 服务名称 --> <gaussianNoise>0.0</gaussianNoise> <!-- 高斯噪声 --> <updateRate>0</updateRate> <!-- 更新频率 --> <imu> <noise> <type>gaussian</type> <!-- 噪声类型:高斯噪声 --> <rate> <mean>0.0</mean> <!-- 速率噪声均值 --> <stddev>2e-4</stddev> <!-- 速率噪声标准差 --> <bias_mean>0.0000075</bias_mean> <!-- 偏置均值 --> <bias_stddev>0.0000008</bias_stddev> <!-- 偏置标准差 --> </rate> <accel> <mean>0.0</mean> <!-- 加速度噪声均值 --> <stddev>1.7e-2</stddev> <!-- 加速度噪声标准差 --> <bias_mean>0.1</bias_mean> <!-- 加速度偏置均值 --> <bias_stddev>0.001</bias_stddev> <!-- 加速度偏置标准差 --> </accel> </noise> </imu> </plugin> </gazebo> <!-- 激光传感器设置 --> <gazebo reference="base_laser_link"> <material>Gazebo/FlatBlack</material> <!-- 使用 FlatBlack 材质 --> <sensor type="ray" name="rplidar_sensor"> <pose>0 0 0 0 0 0</pose> <!-- 激光传感器的姿态 --> <visualize>$(arg laser_visual)</visualize> <!-- 根据 laser_visual 参数来显示/隐藏激光传感器 --> <update_rate>7</update_rate> <!-- 更新频率(7Hz) --> <ray> <scan> <horizontal> <samples>720</samples> <!-- 扫描样本数 --> <resolution>0.5</resolution> <!-- 扫描分辨率 --> <min_angle>0.0</min_angle> <!-- 最小角度 --> <max_angle>6.28319</max_angle> <!-- 最大角度 --> </horizontal> </scan> <range> <min>0.120</min> <!-- 最小测距 --> <max>12.0</max> <!-- 最大测距 --> <resolution>0.015</resolution> <!-- 距离分辨率 --> </range> <noise> <type>gaussian</type> <!-- 噪声类型:高斯噪声 --> <mean>0.0</mean> <!-- 噪声均值 --> <stddev>0.01</stddev> <!-- 噪声标准差 --> </noise> </ray> <!-- 激光控制插件 --> <plugin name="gazebo_ros_rplidar_controller" filename="libgazebo_ros_laser.so"> <topicName>scan</topicName> <!-- 激光扫描数据话题 --> <frameName>base_laser_link</frameName> <!-- 激光传感器的坐标框架 --> </plugin> </sensor> </gazebo> <!-- 摄像头传感器设置 --> <gazebo reference="base_camera_link"> <sensor type="camera" name="csi Camera"> <always_on>true</always_on> <!-- 摄像头始终开启 --> <visualize>$(arg camera_visual)</visualize> <!-- 根据 camera_visual 参数来显示/隐藏相机 --> <camera> <horizontal_fov>1.085595</horizontal_fov> <!-- 水平视场角 --> <image> <width>640</width> <!-- 图像宽度 --> <height>480</height> <!-- 图像高度 --> <format>R8G8B8</format> <!-- 图像格式 --> </image> <clip> <near>0.03</near> <!-- 最近剪裁距离 --> <far>100</far> <!-- 最远剪裁距离 --> </clip> </camera> <!-- 摄像头控制插件 --> <plugin name="camera_controller" filename="libgazebo_ros_camera.so"> <alwaysOn>true</alwaysOn> <!-- 始终开启 --> <updateRate>30.0</updateRate> <!-- 更新频率(30Hz) --> <cameraName>/</cameraName> <!-- 摄像头名称 --> <frameName>base_camera_link</frameName> <!-- 相机坐标框架 --> <imageTopicName>image_raw</imageTopicName> <!-- 图像话题 --> <cameraInfoTopicName>camera_info</cameraInfoTopicName> <!-- 相机信息话题 --> <hackBaseline>0.07</hackBaseline> <!-- 基线距离 --> <distortionK1>0.0</distortionK1> <!-- 畸变系数 --> <distortionK2>0.0</distortionK2> <distortionK3>0.0</distortionK3> <distortionT1>0.0</distortionT1> <distortionT2>0.0</distortionT2> </plugin> </sensor> </gazebo> </robot>
2. 引用仿真配置并定义机器人模型(结构)
功能:这段代码描述了一个机器人(
mybot
)的 物理模型和结构,代码通过定义多个链接(link
)和关节(joint
)来描述机器人的组成部分,包括主体、轮子、支撑轮、激光雷达等。当我们构建不同的机器人模型时,都可以引用之前的仿真配置。注意:这两个文件中的
<robot name="mybot" xmlns:xacro="http://ros.org/wiki/xacro">
中的name
字段应该一致。mybot1.xacro
<?xml version="1.0"?> <!-- 定义机器人模型文件 --> <robot name="mybot" xmlns:xacro="http://ros.org/wiki/xacro"> <!-- 引入外部Xacro文件,包含 Gazebo 模拟器的配置 --> <xacro:include filename="$(find my_package)/xacro/mybot_gazebo.xacro" /> <!-- 定义 base_footprint 链接,通常用于表示机器人的地面接触点 --> <link name="base_footprint"/> <!-- 定义机器人基座的固定关节,连接 base_footprint 和 base_link --> <joint name="base_joint" type="fixed"> <parent link="base_footprint"/> <child link="base_link"/> <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0"/> <!-- 关节的位置和方向 --> </joint> <!-- 定义 base_link 链接,表示机器人的基座部分 --> <link name="base_link"> <inertial> <!-- 惯性属性 --> <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/> <!-- 惯性坐标原点 --> <mass value="0.1"/> <!-- 质量 --> <inertia ixx="0.0001" ixy="0" ixz="0" iyy="0.0001" iyz="0" izz="0.001" /> <!-- 惯性矩阵 --> </inertial> <visual> <!-- 可视化属性 --> <geometry> <box size="0.25 0.16 0.05"/> <!-- 形状为长方体,定义机器人的基座大小 --> </geometry> <!-- 几何形状 --> <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0"/> <!-- 可视化原点 --> <material name="blue"> <color rgba="0 0 0.8 1"/> <!-- 设置颜色为蓝色 --> </material> </visual> <collision> <!-- 碰撞检测属性 --> <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/> <!-- 碰撞检测的原点 --> <geometry> <!-- 几何形状 --> <box size="0.25 0.16 0.05"/> <!-- 碰撞体形状为长方体,大小与可视化相同 --> </geometry> </collision> </link> <!-- 定义右侧车轮的链接 --> <link name="right_wheel_link"> <inertial> <!-- 惯性属性 --> <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/> <!-- 惯性坐标原点 --> <mass value="0.1"/> <!-- 质量 --> <inertia ixx="0.0001" ixy="0" ixz="0" iyy="0.0001" iyz="0" izz="0.0001" /> <!-- 惯性矩阵 --> </inertial> <visual> <!-- 可视化属性 --> <geometry> <!-- 几何形状 --> <cylinder length="0.02" radius="0.025"/> <!-- 车轮的形状为圆柱 --> </geometry> <material name="black"> <color rgba="0 0 0 1"/> <!-- 设置车轮颜色为黑色 --> </material> </visual> <collision> <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/> <!-- 碰撞检测的原点 --> <geometry> <cylinder length="0.02" radius="0.025"/> <!-- 碰撞体为圆柱 --> </geometry> </collision> </link> <!-- 定义右车轮的旋转关节,允许车轮持续旋转 --> <joint name="right_wheel_joint" type="continuous"> <axis xyz="0 0 -1"/> <!-- 旋转轴是 Z 轴负方向 --> <parent link="base_link"/> <!-- 父链接是基座链接 --> <child link="right_wheel_link"/> <!-- 子链接是右车轮链接 --> <origin rpy="1.5707 0 0" xyz=" 0.1 -0.09 -0.03"/> <!-- 关节的位置和方向 --> </joint> <!-- 定义左侧车轮的链接 --> <link name="left_wheel_link"> <inertial> <!-- 惯性属性 --> <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/> <!-- 惯性坐标原点 --> <mass value="0.1"/> <!-- 质量 --> <inertia ixx="0.0001" ixy="0" ixz="0" iyy="0.0001" iyz="0" izz="0.0001" /> <!-- 惯性矩阵 --> </inertial> <visual> <!-- 可视化属性 --> <geometry> <!-- 几何形状 --> <cylinder length="0.02" radius="0.025"/> <!-- 车轮的形状为圆柱 --> </geometry> <material name="black"> <color rgba="0 0 0 1"/> <!-- 设置车轮颜色为黑色 --> </material> </visual> <collision> <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/> <geometry> <cylinder length="0.02" radius="0.025"/> <!-- 碰撞体为圆柱 --> </geometry> </collision> </link> <!-- 定义左车轮的旋转关节 --> <joint name="left_wheel_joint" type="continuous"> <axis xyz="0 0 -1"/> <!-- 旋转轴是 Z 轴负方向 --> <parent link="base_link"/> <!-- 父链接是基座链接 --> <child link="left_wheel_link"/> <!-- 子链接是左车轮链接 --> <origin rpy="1.5707 0 0" xyz="0.1 0.09 -0.03"/> <!-- 关节的位置和方向 --> </joint> <!-- 定义一个球形支撑轮 --> <link name="ball_wheel_link"> <inertial> <!-- 惯性属性 --> <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/> <!-- 惯性坐标原点 --> <mass value="0.1"/> <!-- 质量 --> <inertia ixx="0" ixy="0" ixz="0" iyy="0" iyz="0" izz="0" /> <!-- 惯性矩阵 --> </inertial> <visual> <!-- 可视化属性 --> <geometry> <!-- 几何形状 --> <sphere radius="0.025"/> <!-- 球形轮子 --> </geometry> <material name="black"> <color rgba="0 0 0 1"/> <!-- 设置轮子颜色为黑色 --> </material> </visual> <collision> <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/> <!-- 碰撞检测的原点 --> <geometry> <sphere radius="0.025"/> <!-- 碰撞体为球形 --> </geometry> </collision> </link> <!-- 定义球形支撑轮的固定关节 --> <joint name="ball_wheel_joint" type="fixed"> <axis xyz="0 0 1"/> <!-- 旋转轴是 Z 轴 --> <parent link="base_link"/> <child link="ball_wheel_link"/> <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.10 0 -0.03"/> <!-- 关节的位置和方向 --> </joint> <!-- 定义IMU传感器 --> <link name="imu"> <visual> <geometry> <box size="0.01 0.01 0.01"/> <!-- 小方块表示IMU传感器 --> </geometry> <material name="white"> <color rgba="1 1 1 1"/> <!-- 设置颜色为白色 --> </material> </visual> </link> <!-- 定义IMU传感器的固定关节 --> <joint name="imu_joint" type="fixed"> <parent link="base_link"/> <child link="imu"/> <origin xyz="0.08 0 0.025"/> <!-- 关节的位置和方向 --> </joint> <!-- 定义摄像头 --> <link name="base_camera_link"> <visual> <!-- 可视化属性 --> <geometry> <!-- 几何形状 --> <box size="0.02 0.03 0.03"/> <!-- 以方块形式表示摄像头 --> </geometry> <material name="white"> <color rgba="1 1 1 1"/> <!-- 设置颜色为白色 --> </material> </visual> </link> <!-- 定义摄像头的固定关节 --> <joint name="camera_joint" type="fixed"> <parent link="base_link"/> <child link="base_camera_link"/> <origin xyz="0.1 0 0.025"/> <!-- 关节的位置和方向 --> </joint> <!-- 定义激光雷达 --> <link name="base_laser_link"> <visual> <!-- 可视化属性 --> <geometry> <!-- 几何形状 --> <cylinder length="0.06" radius="0.04"/> <!-- 激光雷达为圆柱形状 --> </geometry> <material name="white"> <color rgba="1 1 1 1"/> <!-- 设置颜色为白色 --> </material> </visual> </link> <!-- 定义激光雷达的固定关节 --> <joint name="laser_joint" type="fixed"> <parent link="base_link"/> <child link="base_laser_link"/> <origin xyz="0 0.0 0.06"/> <!-- 位置在机器人顶部 --> </joint> </robot>
四、加载仿真模型(含传感器的机器人)
1. 编写launch文件。
最终我们运行的mybot1.xacro ,里面包含了机器人的模型和仿真配置文件。编写launch文件来启动仿真模型。代码中的gazebo_world.launch文件在下面文章中有介绍。ROS实践-虚拟仿真平台Stage/Gazebo(虚实结合)
https://blog.csdn.net/qq_48361010/article/details/146096746?sharetype=blogdetail&sharerId=146096746&sharerefer=PC&sharesource=qq_48361010&spm=1011.2480.3001.8118
simulation_robot.launch
<launch> <!-- 定义机器人模型位置的参数:x_pos、y_pos 和 z_pos,默认值为0 --> <arg name="x_pos" default="0.0"/> <!-- 机器人在 x 轴上的位置 --> <arg name="y_pos" default="0.0"/> <!-- 机器人在 y 轴上的位置 --> <arg name="z_pos" default="0.0"/> <!-- 机器人在 z 轴上的位置 --> <!-- 设置仿真时间使用真实时间(/use_sim_time 为 true),通常用于 Gazebo 仿真 --> <param name="/use_sim_time" value="true" /> <!-- 引入 Gazebo 仿真世界启动文件 (gazebo_world.launch),该文件定义了Gazebo世界环境 --> <include file="$(find my_package)/launch/gazebo_world.launch"/> <!-- 通过 xacro 文件生成机器人的 URDF 描述,并加载到 ROS 参数服务器中 --> <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro --inorder $(find my_package)/xacro/mybot1.xacro" /> <!-- 启动 Gazebo 插件,将机器人模型(URDF)添加到 Gazebo 仿真环境中 --> <node pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" name="spawn_urdf" args="-urdf -model mybot.xacro -x $(arg x_pos) -y $(arg y_pos) -z $(arg z_pos) -param robot_description" /> <!-- 启动 robot_state_publisher 节点,用于发布机器人状态(例如各个关节的位置) --> <node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" /> </launch>
注意: