ros2--xacro

猿饵块

已于 2025-04-01 16:05:29 修改

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文章标签：人工智能

于 2025-03-31 22:44:17 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/m0_60274660/article/details/146887078

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什么是xacro

在ROS 2中，Xacro（XML Macros）是一种基于XML的宏语言，专门用于简化URDF（Unified Robot Description Format）文件的编写。它通过宏定义、变量替换和代码复用等功能，让机器人模型的描述更模块化、更易维护。

Xacro与URDF的关系

URDF：原生XML格式，描述机器人模型（连杆、关节、传感器等），但冗长且难以复用。
Xacro：URDF的增强版，在预处理阶段会被展开为纯URDF，最终被ROS 2节点（如robot_state_publisher）使用。

为什么用Xacro

减少代码量：宏和变量避免重复定义（如多个相同的轮子）。
参数化设计：通过变量快速调整机器人尺寸（如轮径、臂长）。
模块化开发：将机器人部件拆分为独立文件（如底盘、机械臂）。
动态配置：结合条件语句实现不同硬件配置（如是否安装摄像头）。

xacro语法

1,常量定义

<xacro:property name="PI" value="3.14159"/>
<xacro:property name="wheel_mass" value="2.0"/>
<mass value="${wheel_mass}"/>
<inertia ixx="${wheel_mass * 0.1}" ixy="0" ixz="0"/>

转换为urdf:

ros2 run xacro xacro test.xacro -o test.urdf

<?xml version="1.0" ?>
<!-- =================================================================================== -->
<!-- |    This document was autogenerated by xacro from test.xacro                     | -->
<!-- |    EDITING THIS FILE BY HAND IS NOT RECOMMENDED                                 | -->
<!-- =================================================================================== -->
<robot name="test_bot">
  <mass value="2.0"/>
  <inertia ixx="0.2" ixy="0" ixz="0"/>
</robot>

2,宏定义

<!-- 定义宏 -->
<xacro:macro name="wheel" params="prefix x_pos">
  <link name="${prefix}_wheel">
    <visual><geometry><sphere radius="0.1"/></geometry></visual>
  </link>
  <joint name="${prefix}_joint" type="fixed">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="${prefix}_wheel"/>
    <origin xyz="${x_pos} 0 0"/>
  </joint>
</xacro:macro>

<!-- 调用宏-->
<xacro:wheel prefix="left" x_pos="0.2"/>
<xacro:wheel prefix="right" x_pos="-0.2"/>

xacro展开为urdf文件：

<?xml version="1.0" ?>
<!-- =================================================================================== -->
<!-- |    This document was autogenerated by xacro from test.xacro                     | -->
<!-- |    EDITING THIS FILE BY HAND IS NOT RECOMMENDED                                 | -->
<!-- =================================================================================== -->
<robot name="test_bot">
  <link name="left_wheel_link">
    <visual>
      <geometry>
        <sphere radius="0.05"/>
      </geometry>
    </visual>
  </link>
  <joint name="left_wheel_joint" type="continuous">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="left_wheel_link"/>
    <origin xyz="0.18 0 0"/>
  </joint>
  <link name="right_wheel_link">
    <visual>
      <geometry>
        <sphere radius="0.05"/>
      </geometry>
    </visual>
  </link>
  <joint name="right_wheel_joint" type="continuous">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="right_wheel_link"/>
    <origin xyz="-0.18 0 0"/>
  </joint>
</robot>

3,数值计算

<xacro:property name="PI" value="3.14159"/>
<xacro:property name="wheel_mass" value="2.0"/>
<mass value="${wheel_mass}"/>
<inertia ixx="${wheel_mass * 0.1}" ixy="0" ixz="0"/>

${}中可以运用的计算符号

1. 基础数学运算

运算符	描述	示例	输出结果
`+`	加法	`${1 + 2}`	`3`
`-`	减法/负号	`${5 - 3}`, `${-1}`	`2`, `-1`
`*`	乘法	`${2 * 3}`	`6`
`/`	除法	`${10 / 2}`	`5`
`^`	幂运算	`${2 ^ 3}`	`8`
`%`	取模	`${10 % 3}`	`1`

2. 比较运算符

运算符	描述	示例	输出结果
`==`	等于	`${radius == 0.1}`	`true/false`
`!=`	不等于	`${type != 'fixed'}`	`true/false`
`>`	大于	`${length > 0.5}`	`true/false`
`<`	小于	`${mass < 10}`	`true/false`
`>=`	大于等于	`${value >= 100}`	`true/false`
`<=`	小于等于	`${angle <= 3.14}`	`true/false`

3. 逻辑运算符

运算符	描述	示例	输出结果
`and`	逻辑与	`${a > 0 and b < 0}`	`true/false`
`or`	逻辑或	`${is_ready or force_execute}`	`true/false`
`not`	逻辑非	`${not is_fixed}`	`true/false`
`in`	包含于列表	`${joint_type in ['revolute', 'prismatic']}`	`true/false`

4. 三元条件运算

语法	描述	示例	输出结果
`${条件 ? 真值 : 假值}`	条件成立返回真值	`${is_round ? radius : length/2}`	动态值

5. 字符串操作

操作	示例	输出结果
字符串拼接	`${'prefix_' + name}`	`prefix_wheel`
字符串包含	`${'cam' in camera_name}`	`true/false`

6. 数学函数

Xacro支持部分数学函数（通过math模块）：

函数	描述	示例	输出结果
`sin(x)`	正弦	`${sin(angle)}`	浮点数
`cos(x)`	余弦	`${cos(angle)}`	浮点数
`tan(x)`	正切	`${tan(angle)}`	浮点数
`sqrt(x)`	平方根	`${sqrt(area)}`	浮点数
`pi`	π值	`${pi}`	`3.14159...`

很多符号没有用过，代验证修改。

4,条件判断

xacro:if

<xacro:property name="has_camera" value="true"/>
<xacro:if value="${has_camera}">
  <link name="camera_link">...</link>
</xacro:if>

作用：如果 has_camera 为 true，则在 URDF 中添加名为 camera_link 的连杆（Link）定义；否则跳过。
细节：
- xacro:if 是条件判断标签，value 接受表达式（如变量、比较运算等）。
- ${has_camera} 是变量引用语法（类似 Shell 脚本中的变量展开）。
- 如果 value 结果为 true、1 或非空字符串，条件成立。

xacro:unless

等同与 if not。

<xacro:macro name="wheel" params="prefix radius type x_pos">
    <link name="${prefix}_wheel_link">
        <visual>
            <geometry>
                <sphere radius="${radius}"/>
            </geometry>
        </visual>
    </link>

    <joint name="${prefix}_wheel_joint" type="${type}">
        <parent link="base_link"/>
        <child link="${prefix}_wheel_link"/>
        <origin xyz="${x_pos} 0 0"/>
        <!-- 仅当 type 不是 'fixed' 时添加 axis -->
        <xacro:unless value="${type == 'fixed'}">
            <axis xyz="0.0 1.0 0.0"/>
        </xacro:unless>
    </joint>
</xacro:macro>

5,文件包含

URDF文件太长，可以分为多个urdf文件，通过include进来到xacro文件中。

<xacro:include filename="$(find-pkg-share test_urdf)/urdf/sensors/camera.xacro"/>
<!--或者-->
<xacro:include filename="$(find test_urdf)/urdf/sensors/camera.xacro"/>

注意：被include进来的文件，只会包含子文件的<robot>中的内容，xml声明和<robot>标签不会被包含。

xacro展开为urdf文件

ros2 run xacro xacro robot.xacro -o robot.urdf

xacro编程

1,xacro文件存放目录

urdf目录。

2,xacro命名空间

xacro本质是嗯就是urdf的简化版本，所以也需要xml声明和robot根标签，只是根标签中多了xacro命名空间：

<?xml version="1.0"?>
<robot name="mbot" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
<!--这个链接是xacro的ros wiki链接-->

在Xacro文件的开头声明 xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro" 是XML命名空间的定义，它的核心作用是为Xacro宏语言提供语法标识和解析规则。以下是详细解释：

基本作用

命名空间声明：
这行代码告诉XML解析器，文件中所有以 xacro: 为前缀的标签（如 <xacro:macro>、<xacro:include>）都属于Xacro宏语言的定义范畴，而非普通XML标签。
类比其他语言：
类似于Python中的 import 或C++中的 namespace，用于区分不同来源的语法规则。

3,xml中的""和''的嵌套要求

xml中单引号和双引号之间的嵌套没有特殊要求一定要水嵌套谁，哪个在内，哪个在外都可以，但是不能内外都使用相同的引号类型。

xacro的配置

setup.py配置安装

(os.path.join("share",package_name,"urdf"),glob(os.path.join("urdf","*.xacro"))),

launch加载到节点中

同加载urdf文件一样：

urdf文件的加载：

    mbot_urdf_file="mbot_base.urdf"
    
    pkg_share_path=FindPackageShare(package=package_name).find(package_name)
    urdf_model_path=os.path.join(pkg_share_path,"urdf",mbot_urdf_file)

    robot_description=ParameterValue(
        Command(["xacro ",urdf_model_path]),
        value_type=str
    )

    joint_state_publisher_gui_node=Node(
        package="joint_state_publisher_gui",
        executable="joint_state_publisher_gui",
        name="joint_state_publisher_gui",
        # arguments=[urdf_model_path]
        parameters=[{"robot_description":robot_description}]
    )

    # 3,启动robot_state_publisher；
    robot_state_publisher_node=Node(
        package="robot_state_publisher",
        executable="robot_state_publisher",
        name="robot_state_publisher",
        # arguments=[urdf_model_path]
        parameters=[{"robot_description":robot_description}]
    )

xacro文件的加载：

    mbot_urdf_file="mbot_base.urdf"
    mbot_xacro_file="mbot_base_xacro.xacro"
    
    pkg_share_path=FindPackageShare(package=package_name).find(package_name)
    urdf_model_path=os.path.join(pkg_share_path,"urdf",mbot_xacro_file) #只需要改变这个地方查询的文件名即可

    robot_description=ParameterValue(
        Command(["xacro ",urdf_model_path]),
        value_type=str
    )

    joint_state_publisher_gui_node=Node(
        package="joint_state_publisher_gui",
        executable="joint_state_publisher_gui",
        name="joint_state_publisher_gui",
        # arguments=[urdf_model_path]
        parameters=[{"robot_description":robot_description}]
    )

    # 3,启动robot_state_publisher；
    robot_state_publisher_node=Node(
        package="robot_state_publisher",
        executable="robot_state_publisher",
        name="robot_state_publisher",
        # arguments=[urdf_model_path]
        parameters=[{"robot_description":robot_description}]
    )