6.5 URDF优化_xacro
6.5 URDF优化_xacro
场景
前面 URDF 文件构建机器人模型的过程中，存在若干问题。
问题1：在设计关节的位置时，需要按照一定的规则计算，规则是固定的，但是在 URDF 中依赖于人工计算，存在不便，容易计算失误，且当某些参数发生改变时，还需要重新计算。 问题2：URDF中的部分内容是高度重复的，比如车轮的设计实现，不同轮子只是部分参数不同，形状、颜色、翻转量都是一致的，在实际应用中，构建复杂的机器人模型时，更是易于出现高度重复的设计，按照一般的编程思想涉及到重复代码应该考虑封装、复用，但是在之前的URDF文件中并没有相关操作。 ......
如果在一般编程语言中遇到类似问题，我们可以通过变量结合函数解决。对应的，在 ROS 中也给出了类似编程的优化方案，该方案称之为：Xacro。
概念
Xacro 是 XML Macros 的缩写，Xacro 是一种 XML 宏语言，是可编程的 XML。
Xacro 可以声明变量，可以通过数学运算求解；可以使用流程控制控制执行顺序；还可以通过宏封装、复用功能，从而提高代码复用率以及程序的安全性。
作用
较之于纯粹的 URDF 实现，可以编写更安全、精简、易读性更强的机器人模型文件，且可以提高编写效率。
6.5.1 xacro_快速体验
1.需求
使用xacro优化6.4.4 URDF练习中的小车底盘实现，需要使用变量封装车辆参数，并使用 xacro 宏封装轮子重复的代码并调用宏创建四个轮子(注意: 在此，演示 xacro 的基本使用，不必要生成合法的 URDF )。
2.实现
功能包cpp06_urdf的urdf/xacro目录下，新建xacro文件demo01_helloworld.urdf.xacro，并编辑文件，输入如下内容：
终端下进入当前文件所述目录，输入如下指令：
xacro demo01_helloworld.urdf.xacro
终端将会输出如下内容：
6.5.2 xacro_使用语法
xacro 提供了可编程接口，类似于计算机语言，包括变量声明调用、函数声明与调用等语法实现。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"。
1.变量与算数运算
变量用于封装 URDF 中的一些字段，比如: PAI 值，小车的尺寸，轮子半径 ....，变量的基本使用语法包括变量定义、变量调用、变量运算等。
1.1变量定义
1.2变量调用
1.3变量运算
2.宏
类似于函数实现，提高代码复用率，优化代码结构，提高安全性。宏的基本使用语法包括宏的定义与调用。
2.1宏定义
语法格式：
2.2宏调用
3.文件包含
机器人由多部件组成，不同部件可能封装为单独的 xacro 文件，最后再将不同的文件集成，组合为完整机器人，可以使用文件包含实现。
6.5.3 xacro_练习
1.需求
使用xacro创建一个四轮机器人模型，该模型底盘可以参考6.4.4 URDF练习中的实现，并且在底盘之上添加了相机与激光雷达。相机与激光雷达的尺寸参数、安装位置可自定义。
2.实现分析
需求中的机器人模型是由底盘、摄像头和雷达三部分组成的，那么可以将每一部分都封装进一个xacro文件，最后再通过xacro文件包含组织成一个完整的机器人模型。
3.实现
功能包cpp06_urdf的urdf/xacro目录下，新建多个xacro文件，分别为：
car.urdf.xacro：用于包含不同机器人部件对应的xacro文件；
car_base.urdf.xacro：描述机器人底盘的xacro文件；
car_camera.urdf.xacro：描述摄像头的xacro文件；
car_laser.urdf.xacro：描述雷达的xacro文件。
编辑car.urdf.xacro文件，输入如下内容：<robot name="car" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"> <xacro:include filename="car_base.urdf.xacro"/> <xacro:include filename="car_camera.urdf.xacro"/> <xacro:include filename="car_laser.urdf.xacro"/> </robot>
编辑car_base.urdf.xacro文件，输入如下内容：
编辑car_camera.urdf.xacro文件，输入如下内容：
ros2 launch cpp06_urdf display.launch.py model:=`ros2 pkg prefix --share cpp06_urdf`/urdf/xacro/car.urdf.xacro
命令执行后，rviz2 中可以显示与需求类似的机器人模型。
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