0 专栏介绍

本专栏旨在通过对ROS的系统学习，掌握ROS底层基本分布式原理，并具有机器人建模和应用ROS进行实际项目的开发和调试的工程能力。

🚀详情：《ROS从入门到精通》

1 xacro文件是什么？

XML 宏语言(XML Macros, Xacro)是可编程的XML文件。在xacro中可以声明变量，可以通过数学运算求解，使用流程控制控制执行顺序，还可以通过类似函数的实现，封装固定的逻辑，将逻辑中需要的可变的数据以参数的方式暴露出去，从而提高代码复用率以及程序的安全性。简言之，xacro为urdf文件提供了封装性，使机器人描述更安全、更精简、更高效。

2 xacro语法详解

在使用xacro生成urdf时，根标签robot中必须包含命名空间声明:xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"，例如：

<robot name="left_drive_wheel" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
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xacro主要为xml提供了封装，相较于一般的编程语言更容易上手，具体如下：

2.1 属性

xacro属性采用键值对的方式，封装urdf中的一些常量字段，比如: 小车尺寸、轮子半径等，使数据语义更清晰易懂，语法格式如下

<xacro:property name="xxxx" value="yyyy" />
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属性调用格式为

${property_name}
1

数值属性也可参与数学运算

${f(property_name)}
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2.2 宏

xacro宏类似于函数封装，可以提高代码复用率，优化代码结构，语法格式如下

<xacro:macro name="宏名称" params="参数列表(多参数之间使用空格分隔)">
    .....
    参数调用格式: ${参数名}
xacro:macro>
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宏调用格式为

<xacro:宏名称 参数1=xxx 参数2=xxx/>
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2.3 模块化

xacro模块化类似于C++中头文件的含义，提供模块级别的封装。一般机器人由多个组件构成，不同组件就可以封装为单独的xacro文件，最后再将不同的文件集成为完整机器人，语法格式如下

<robot name="xxx" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro">
      <xacro:include filename="y1.xacro" />
      <xacro:include filename="y2.xacro" />
      <xacro:include filename="y3.xacro" />
      ....
robot>
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3 案例：差速轮式机器人描述

实现如下图所示的差速轮式移动机器人，它有两个驱动轮和两个主动轮。接下来用xacro文件进行封装。

最终的目录结构如图所示

3.1 属性

props文件夹中存放属性配置模块，如颜色、数学常数、几何参数等。

<robot name="config" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
    
    <xacro:property name="PI" value="3.141"/>
    
    <xacro:property name="base_footprint_radius" value="0.001" />
    <xacro:property name="base_link_radius" value="0.1" /> 
    <xacro:property name="base_link_length" value="0.08" />
    <xacro:property name="earth_space" value="0.015" />
    
    <xacro:macro name="black">
        <material name="black">
            <color rgba="0 0 0 1"/>
        material>
    xacro:macro>
    <xacro:macro name="yellow">
        <material name="yellow">
            <color rgba="1.0 1.0 0.0 1.0" />
        material>
    xacro:macro>
robot>
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3.2 底盘

<robot name="base" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
    
    <xacro:include filename="$(find xacro_lab)/urdf/props/config.urdf.xacro" />

    <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" />
        <xacro:yellow />
      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>
    
robot>
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3.3 轮子

限于篇幅只展示驱动轮

<robot name="add_drive_wheels" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
    
    <xacro:include filename="$(find xacro_lab)/urdf/props/config.urdf.xacro" />
    
    <xacro:property name="wheel_radius" value="0.0325" />
    <xacro:property name="wheel_length" value="0.015" />

    
    <xacro:macro name="add_drive_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" />
          <xacro: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>
robot>
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3.4 集成

将所有模块集成起来，非常简洁

<robot name="main" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
    
    <xacro:include filename="$(find xacro_lab)/urdf/base/base.urdf.xacro" />
    
    <xacro:include filename="$(find xacro_lab)/urdf/wheels/add_drive_wheels.urdf.xacro" />
    
    <xacro:include filename="$(find xacro_lab)/urdf/wheels/add_support_wheels.urdf.xacro" />

    
    <xacro:add_drive_wheels name="left" flag="1" />
    <xacro:add_drive_wheels name="right" flag="-1" />

    <xacro:add_support_wheel name="front" flag="1" />
    <xacro:add_support_wheel name="back" flag="-1" />

robot>
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