ROS2 Xacro机器人建模初步教程-北京尧图网络

文章目录环境准备xacro代码修改Launch文件编译并运行环境准备URDF作为ROS中用于描述机器人物理结构的标准格式本质上是一种标记语言不支持编程。这意味着URDF代码无法复用当项目变得复杂之后就会产生大量冗余从而难以维护。Xacro(XML Macros)的出现就是为了解决URDF的冗余问题。作为URDF的宏语言Xacro通过通过引入变量、宏和数学计算大大降低了机器人模型的维护难度并提高了可读性。在终端中直接输入xacro如果没有反应说明未安装xacro工具可通过apt安装sudoaptinstallros-lyrical-xacro下面在URDF初步教程的工作空间中添加robot.xacro文件。vim/src/robot_description/urdf/robot.xacroxacro代码xacro代码同样采用了xml格式但和urdf相比从语法上多了函数计算、代码复用等功能从功能模块上多了碰撞、惯性等物理仿真说明。下面在robot.xarco中写入如下代码。?xml version1.0?!-- 引入 xacro 命名空间 --robotnamesimple_robotxmlns:xacrohttp://www.ros.org/wiki/xacro!-- 1. 定义常量 (Properties) --xacro:propertynamechassis_lengthvalue0.4/xacro:propertynamechassis_widthvalue0.3/xacro:propertynamechassis_heightvalue0.1/xacro:propertynamechassis_massvalue5.0/!-- 质量 5kg --xacro:propertynamewheel_radiusvalue0.05/xacro:propertynamewheel_thicknessvalue0.04/xacro:propertynamewheel_massvalue0.5/!-- 质量 0.5kg --xacro:propertynamewheel_offset_yvalue0.17/xacro:propertynamewheel_offset_zvalue-0.03/!-- 2. 定义宏 (Macros) --!-- 宏定义标准惯性矩阵 (Gazebo 物理仿真必需) --!-- 这里使用简化的长方体和圆柱体惯性公式 --xacro:macronamebox_inertiaparamsm x y zinertialmassvalue${m}/inertiaixx${m*(y*yz*z)/12}ixy0ixz0iyy${m*(x*xz*z)/12}iyz0izz${m*(x*xy*y)/12}//inertial/xacro:macroxacro:macronamecylinder_inertiaparamsm r hinertialmassvalue${m}/inertiaixx${m*(3*r*rh*h)/12}ixy0ixz0iyy${m*(3*r*rh*h)/12}iyz0izz${m*r*r/2}//inertial/xacro:macro!-- 宏定义轮子 (包含 visual, collision, inertial) --xacro:macronamewheel_macroparamsprefix y_offsetlinkname${prefix}_wheel!-- 外观 --visualgeometrycylinderradius${wheel_radius}length${wheel_thickness}//geometrymaterialnameblackcolorrgba0.1 0.1 0.1 1.0//material/visual!-- 碰撞 (Gazebo 用于计算物理碰撞) --collisiongeometrycylinderradius${wheel_radius}length${wheel_thickness}//geometry/collision!-- 惯性 (Gazebo 用于计算质量和转动惯量) --xacro:cylinder_inertiam${wheel_mass}r${wheel_radius}h${wheel_thickness}//linkjointname${prefix}_wheel_jointtypecontinuousparentlinkbase_link/childlink${prefix}_wheel/originxyz0 ${y_offset} ${wheel_offset_z}rpy-1.5708 0 0/axisxyz0 0 1//joint/xacro:macro!-- 3. 实例化机器人 --!-- 底盘 --linknamebase_linkvisualgeometryboxsize${chassis_length} ${chassis_width} ${chassis_height}//geometrymaterialnamebluecolorrgba0.2 0.2 0.8 1.0//material/visualcollisiongeometryboxsize${chassis_length} ${chassis_width} ${chassis_height}//geometry/collisionxacro:box_inertiam${chassis_mass}x${chassis_length}y${chassis_width}z${chassis_height}//link!-- 调用宏生成左轮和右轮 --xacro:wheel_macroprefixlefty_offset${wheel_offset_y}/xacro:wheel_macroprefixrighty_offset${-wheel_offset_y}/!-- 4. 添加激光雷达 (Lidar) --linknamelidar_linkvisualgeometrycylinderradius0.05length0.04//geometrymaterialnameredcolorrgba0.8 0.1 0.1 1.0//material/visualcollisiongeometrycylinderradius0.05length0.04//geometry/collisionxacro:cylinder_inertiam0.1r0.05h0.04//linkjointnamelidar_jointtypefixedparentlinkbase_link/childlinklidar_link/!-- 安装在底盘顶部中央 --originxyz0.1 0 0.07rpy0 0 0//joint/robot下面逐段拆解上述代码。其第一部分用于定义常量具体格式为用【xacro:property】标签来对name和value进行变量名和变量值的绑定。第二部分通过【xacro:macro】标签来定义宏这实质上是一个写成xml的函数其中name和params分别是函数名和参数。这部分代码不仅定义了可供复用的立方体和轮子代码实现了前面urdf中的功能同时还添加了碰撞和惯性等物理属性为后续仿真提供了物理基础。显而易见的是这部分用更少的代码实现了比之前URDF更多的功能。第三部分通过调用上一步创建的宏完成了机器人的实例化。最后一部分则为激光雷达留出了安装位置。修改Launch文件xacro文件不能直接被robot_state_publisher读取需要先转换为URDF字符串才能被调用这一步可在Launch文件中用xacro命令来实现。下面修改Launch文件修改后内容如下importosfromlaunchimportLaunchDescriptionfromlaunch_ros.actionsimportNodefromlaunch.substitutionsimportCommandfromament_index_python.packagesimportget_package_share_directorydefgenerate_launch_description():pkg_shareget_package_share_directory(robot_description)# 指向新的 xacro 文件xacro_fileos.path.join(pkg_share,urdf,robot.xacro)# 【核心】使用 Command 执行 xacro 命令将 xacro 转换为 urdf 字符串robot_descCommand([xacro ,xacro_file])returnLaunchDescription([Node(packagerobot_state_publisher,executablerobot_state_publisher,parameters[{robot_description:robot_desc}],outputscreen),Node(packagejoint_state_publisher_gui,executablejoint_state_publisher_gui,outputscreen),Node(packagerviz2,executablerviz2,outputscreen),])修改setup.py文件添加对xacro文件的匹配data_files[(share/package_name,[package.xml]),# 【修改这里】同时匹配 .urdf 和 .xacro 文件(os.path.join(share,package_name,urdf),glob(os.path.join(urdf,*.urdf))glob(os.path.join(urdf,*.xacro))),(os.path.join(share,package_name,launch),glob(os.path.join(launch,*launch.[pxy][yma]*))),],编译并运行colcon build source install/setup.bash# 启动ros2 launch robot_description display_robot_launch.py弹出Rviz2窗口后将左侧面板Global Options下的Fixed Frame修改为base_link。然后在点击下方的 Add添加按钮在弹出的窗口中在By display type选项卡中选中RobotModel点击 OK。此时左侧Displays列表中会多出这个RobotModel点击展开确保Visual Enabled选项被勾选然后将Discription Topic的值设为/robot_description这时窗口中就会出现我们创建的哪个小车了。

ROS2 Xacro机器人建模初步教程

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