ROS-机器人仿真urdf-rviz、xacro

本文主要是介绍ROS-机器人仿真urdf-rviz、xacro，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

一、urdf集成rviz

1.1 基本流程

需求描述:
在 Rviz 中显示一个盒状机器人

实现流程：
1.创建功能包，导入依赖
创建一个新的功能包，名称自定义，导入依赖包:urdf与xacro
在当前功能包下，再新建几个目录:

• urdf: 存储 urdf 文件的目录
• meshes:机器人模型渲染文件(暂不使用)
• config: 配置文件
• launch: 存储 launch 启动文件

2.编写 URDF 文件
新建一个子级文件夹:urdf(可选)，文件夹中添加一个.urdf文件,复制如下内容:

<robot name="mycar"><link name="base_link"><visual><geometry><box size="0.5 0.2 0.1" /></geometry></visual></link>
</robot>

3.在 launch 文件中集成 URDF 与 Rviz
在launch目录下，新建一个 launch 文件，该 launch 文件需要启动 Rviz，并导入 urdf 文件，Rviz 启动后可以自动载入解析urdf文件，并显示机器人模型，核心问题:如何导入 urdf 文件? 在 ROS 中，可以将 urdf 文件的路径设置到参数服务器，使用的参数名是:robot_description,示例代码如下:

<launch><!-- 设置参数 --><param name="robot_description" textfile="$(find 包名)/urdf/urdf/urdf01_HelloWorld.urdf" /><!-- 启动 rviz --><node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" /></launch>

4.在 Rviz 中显示机器人模型
rviz 启动后，会发现并没有盒装的机器人模型，这是因为默认情况下没有添加机器人显示组件，需要手动添加，添加方式如下:


设置完毕后，可以正常显示了
还可以添加一个坐标轴

1.2 优化 rviz 启动

重复启动launch文件时，Rviz 之前的组件配置信息不会自动保存，需要重复执行步骤4的操作，为了方便使用，可以使用如下方式优化:

首先，将当前配置保存进config目录

然后，launch文件中 Rviz 的启动配置添加参数:args,值设置为-d 配置文件路径

<launch><param name="robot_description" textfile="$(find 包名)/urdf/urdf/urdf01_HelloWorld.urdf" /><node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find 报名)/config/rviz/show_mycar.rviz" />
</launch>

再启动时，就可以包含之前的组件配置了，使用更方便快捷。

二、urdf语法详解

URDF 文件是一个标准的 XML 文件，在 ROS 中预定义了一系列的标签用于描述机器人模型，机器人模型可能较为复杂，但是 ROS 的 URDF 中机器人的组成却是较为简单，可以主要简化为两部分:连杆(link标签) 与 关节(joint标签)，接下来我们就通过案例了解一下 URDF 中的不同标签:

• robot 根标签，类似于 launch文件中的launch标签
• link 连杆标签
• joint 关节标签
• gazebo 集成gazebo需要使用的标签

2.1 robot

urdf 中为了保证 xml 语法的完整性，使用了robot标签作为根标签，所有的 link 和 joint 以及其他标签都必须包含在 robot 标签内,在该标签内可以通过 name 属性设置机器人模型的名称

1.属性
name: 指定机器人模型的名称

2.子标签
其他标签都是子级标签

2.2 link

urdf 中的 link 标签用于描述机器人某个部件(也即刚体部分)的外观和物理属性，比如: 机器人底座、轮子、激光雷达、摄像头…每一个部件都对应一个 link, 在 link 标签内，可以设计该部件的形状、尺寸、颜色、惯性矩阵、碰撞参数等一系列属性

1.属性

name ---> 为连杆命名

2.子标签

visual ---> 描述外观(对应的数据是可视的)geometry 设置连杆的形状标签1: box(盒状)属性:size=长(x) 宽(y) 高(z)标签2: cylinder(圆柱)属性:radius=半径 length=高度标签3: sphere(球体)属性:radius=半径标签4: mesh(为连杆添加皮肤)属性: filename=资源路径(格式:package://<packagename>/<path>/文件)origin 设置偏移量与倾斜弧度属性1: xyz=x偏移 y便宜 z偏移属性2: rpy=x翻滚 y俯仰 z偏航 (单位是弧度)metrial 设置材料属性(颜色)属性: name标签: color属性: rgba=红绿蓝权重值与透明度 (每个权重值以及透明度取值[0,1])
collision ---> 连杆的碰撞属性Inertial ---> 连杆的惯性矩阵

3.案例
需求:分别生成长方体、圆柱与球体的机器人部件

    <link name="base_link"><visual><!-- 形状 --><geometry><!-- 长方体的长宽高 --><!-- <box size="0.5 0.3 0.1" /> --><!-- 圆柱，半径和长度 --><!-- <cylinder radius="0.5" length="0.1" /> --><!-- 球体，半径--><!-- <sphere radius="0.3" /> --></geometry><!-- xyz坐标 rpy翻滚俯仰与偏航角度(3.14=180度 1.57=90度) --><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><!-- 颜色: r=red g=green b=blue a=alpha（透明度），四者取值介于0~1 --><material name="black"><color rgba="0.7 0.5 0 0.5" /></material></visual></link>

xyz 设置机器人模型在 X Y Z 上的偏移量；rpy 用于设置倾斜弧度 X(翻滚) y(俯仰) Z(偏航)

2.3 joint

urdf 中的 joint 标签用于描述机器人关节的运动学和动力学属性，还可以指定关节运动的安全极限，机器人的两个部件(分别称之为 parent link 与 child link)以"关节"的形式相连接，不同的关节有不同的运动形式: 旋转、滑动、固定、旋转速度、旋转角度限制…,比如:安装在底座上的轮子可以360度旋转，而摄像头则可能是完全固定在底座上。
joint标签对应的数据在模型中是不可见的

1.属性

name ---> 为关节命名type ---> 关节运动形式continuous: 旋转关节，可以绕单轴无限旋转revolute: 旋转关节，类似于 continues,但是有旋转角度限制prismatic: 滑动关节，沿某一轴线移动的关节，有位置极限planer: 平面关节，允许在平面正交方向上平移或旋转floating: 浮动关节，允许进行平移、旋转运动fixed: 固定关节，不允许运动的特殊关节

2.子标签

parent(必需的)
parent link的名字是一个强制的属性：link:父级连杆的名字，是这个link在机器人结构树中的名字。child(必需的)
child link的名字是一个强制的属性：link:子级连杆的名字，是这个link在机器人结构树中的名字。origin属性: xyz=各轴线上的偏移量 rpy=各轴线上的偏移弧度。axis属性: xyz用于设置围绕哪个关节轴运动。

3.案例
需求:创建机器人模型，底盘为长方体，在长方体的前面添加一摄像头，摄像头可以沿着 Z 轴 360 度旋转。
URDF文件示例如下:

<!-- 需求: 创建机器人模型，底盘为长方体，在长方体的前面添加一摄像头，摄像头可以沿着 Z 轴 360 度旋转-->
<robot name="mycar"><!-- 底盘 --><link name="base_link"><visual><geometry><box size="0.5 0.2 0.1" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><material name="blue"><color rgba="0 0 1.0 0.5" /></material></visual></link><!-- 摄像头 --><link name="camera"><visual><geometry><box size="0.02 0.05 0.05" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><material name="red"><color rgba="1 0 0 0.5" /></material></visual></link><!-- 关节 --><joint name="camera2baselink" type="continuous"><parent link="base_link"/><child link="camera" /><!-- 需要计算两个 link 的物理中心之间的偏移量 --><origin xyz="0.2 0 0.075" rpy="0 0 0" /><axis xyz="0 0 1" /></joint></robot>

launch文件示例如下:

<launch><param name="robot_description" textfile="$(find urdf_rviz_demo)/urdf/urdf/urdf03_joint.urdf" /><node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find urdf_rviz_demo)/config/helloworld.rviz" /> <!--只有上述两条语句:表现: 设置头显示位置与颜色异常提示:No transform from [camera] to [base link] 缺少 camera 到 base link 的坐标变换原因:rviz 中显示 URDF 时，必须发布不同部件之间的 坐标系 关系解决:ROS中提供了关于机器人模型显示的坐标发布相关节点(两个)--><!-- 添加关节状态发布节点 --><node pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher" /><!-- 添加机器人状态发布节点 --><node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" /><!-- 可选:用于控制关节运动的节点 --><node pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" name="joint_state_publisher_gui" /></launch>

PS:

1.状态发布节点在此是必须的:

    <!-- 添加关节状态发布节点 --><node pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher" /><!-- 添加机器人状态发布节点 --><node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" />

2.关节运动控制节点(可选)，会生成关节控制的UI，用于测试关节运动是否正常。

    <!-- 可选:用于控制关节运动的节点 --><node pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" name="joint_state_publisher_gui" />

4.base_footpoint优化urdf
前面实现的机器人模型是半沉到地下的，因为默认情况下: 底盘的中心点位于地图原点上，所以会导致这种情况产生，可以使用的优化策略，将初始 link 设置为一个尺寸极小的 link(比如半径为 0.001m 的球体，或边长为 0.001m 的立方体)，然后再在初始 link 上添加底盘等刚体，这样实现，虽然仍然存在初始link半沉的现象，但是基本可以忽略了。这个初始 link 一般称之为 base_footpoint

<!--使用 base_footpoint 优化-->
<robot name="mycar"><!-- 设置一个原点(机器人中心点的投影) --><link name="base_footpoint"><visual><geometry><sphere radius="0.001" /></geometry></visual></link><!-- 添加底盘 --><link name="base_link"><visual><geometry><box size="0.5 0.2 0.1" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><material name="blue"><color rgba="0 0 1.0 0.5" /></material></visual></link><!-- 底盘与原点连接的关节 --><joint name="base_link2base_footpoint" type="fixed"><parent link="base_footpoint" /><child link="base_link" /><origin xyz="0 0 0.05" /></joint><!-- 添加摄像头 --><link name="camera"><visual><geometry><box size="0.02 0.05 0.05" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><material name="red"><color rgba="1 0 0 0.5" /></material></visual></link><!-- 关节 --><joint name="camera2baselink" type="continuous"><parent link="base_link"/><child link="camera" /><origin xyz="0.2 0 0.075" rpy="0 0 0" /><axis xyz="0 0 1" /></joint></robot>

记得把参考坐标系改为base_footpoint

5.遇到问题以及解决
问题1:

命令行输出如下错误提示

UnicodeEncodeError: 'ascii' codec can't encode characters in position 463-464: ordinal not in range(128)
[joint_state_publisher-3] process has died [pid 4443, exit code 1, cmd /opt/ros/melodic/lib/joint_state_publisher/joint_state_publisher __name:=joint_state_publisher __log:=/home/rosmelodic/.ros/log/b38967c0-0acb-11eb-aee3-0800278ee10c/joint_state_publisher-3.log].
log file: /home/rosmelodic/.ros/log/b38967c0-0acb-11eb-aee3-0800278ee10c/joint_state_publisher-3*.log

rviz中提示坐标变换异常，导致机器人部件显示结构异常

原因:编码问题导致的

解决:去除URDF中的中文注释

问题2:[ERROR] [1584370263.037038]: Could not find the GUI, install the ‘joint_state_publisher_gui’ package

解决:sudo apt install ros-noetic-joint-state-publisher-gui

2.4 urdf练习

需求描述:
创建一个四轮圆柱状机器人模型，机器人参数如下,底盘为圆柱状，半径 10cm，高 8cm，四轮由两个驱动轮和两个万向支撑轮组成，两个驱动轮半径为 3.25cm,轮胎宽度1.5cm，两个万向轮为球状，半径 0.75cm，底盘离地间距为 1.5cm(与万向轮直径一致)

1.新建urdf以及launch文件
urdf 文件:基本实现

<robot name="mycar"><!-- 设置 base_footprint  --><link name="base_footprint"><visual><geometry><sphere radius="0.001" /></geometry></visual></link><!-- 添加底盘 --><!-- 添加驱动轮 --><!-- 添加万向轮(支撑轮) --></robot>

launch 文件:

<launch><!-- 将 urdf 文件内容设置进参数服务器 --><param name="robot_description" textfile="$(find demo01_urdf_helloworld)/urdf/urdf/test.urdf" /><!-- 启动 rivz --><node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz_test" args="-d $(find demo01_urdf_helloworld)/config/helloworld.rviz" /><!-- 启动机器人状态和关节状态发布节点 --><node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" /><node pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher" /><!-- 启动图形化的控制关节运动节点 --><node pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" name="joint_state_publisher_gui" /></launch>

• 要在RVIZ中手动打字将Fixed Frame由base_link改为base_footprint
• 这个球好小好小，要放大才看得到
  

2.底盘搭建

<!-- 参数形状:圆柱 半径:10     cm 高度:8      cm 离地:1.5    cm--><link name="base_link"><visual><geometry><cylinder radius="0.1" length="0.08" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><material name="yellow"><color rgba="0.8 0.3 0.1 0.5" /></material></visual></link><joint name="base_link2base_footprint" type="fixed"><parent link="base_footprint" /><child link="base_link"/><origin xyz="0 0 0.055" /></joint>

• joint设置偏移量也可以实现一样的效果，但base_footprint和base_link坐标系重叠。
• link的偏移量是物体中心与大地坐标系原点的偏移，joint的偏移量是两个link坐标系之间的偏移
• 推荐采用joint设置偏移量，后续添加连杆数量增多时，可以方便的进行坐标变换。

3.添加驱动轮

<!-- 添加驱动轮 --><!--驱动轮是侧翻的圆柱参数半径: 3.25 cm宽度: 1.5  cm颜色: 黑色关节设置:x = 0y = 底盘的半径 + 轮胎宽度 / 2z = 离地间距 + 底盘长度 / 2 - 轮胎半径 = 1.5 + 4 - 3.25 = 2.25(cm)axis = 0 1 0--><link name="left_wheel"><visual><geometry><cylinder radius="0.0325" length="0.015" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="1.5705 0 0" /><material name="black"><color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0" /></material></visual></link><joint name="left_wheel2base_link" type="continuous"><parent link="base_link" /><child link="left_wheel" /><origin xyz="0 0.1 -0.0225" /><axis xyz="0 1 0" /></joint><link name="right_wheel"><visual><geometry><cylinder radius="0.0325" length="0.015" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="1.5705 0 0" /><material name="black"><color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0" /></material></visual></link><joint name="right_wheel2base_link" type="continuous"><parent link="base_link" /><child link="right_wheel" /><origin xyz="0 -0.1 -0.0225" /><axis xyz="0 1 0" /></joint>

• 上述launch文件在运行时会导致驱动轮疯狂抖动
  现象：
  
  原因：暂时还不知道
  解决办法：注释掉上面的joint_state_publisher关节发布节点
  
  

4.添加万向轮

<!-- 添加万向轮(支撑轮) --><!--参数形状: 球体半径: 0.75 cm颜色: 黑色关节设置:x = 自定义(底盘半径 - 万向轮半径) = 0.1 - 0.0075 = 0.0925(cm)y = 0z = 底盘长度 / 2 + 离地间距 / 2 = 0.08 / 2 + 0.015 / 2 = 0.0475 axis= 1 1 1--><link name="front_wheel"><visual><geometry><sphere radius="0.0075" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><material name="black"><color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0" /></material></visual></link><joint name="front_wheel2base_link" type="continuous"><parent link="base_link" /><child link="front_wheel" /><origin xyz="0.0925 0 -0.0475" /><axis xyz="1 1 1" /></joint><link name="back_wheel"><visual><geometry><sphere radius="0.0075" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><material name="black"><color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0" /></material></visual></link><joint name="back_wheel2base_link" type="continuous"><parent link="base_link" /><child link="back_wheel" /><origin xyz="-0.0925 0 -0.0475" /><axis xyz="1 1 1" /></joint>

2.5 urdf工具

在 ROS 中，提供了一些工具来方便 URDF 文件的编写，比如:

check_urdf命令可以检查复杂的 urdf 文件是否存在语法问题

urdf_to_graphiz命令可以查看 urdf 模型结构，显示不同 link 的层级关系

当然，要使用工具之前，首先需要安装，安装命令:sudo apt install liburdfdom-tools

1.check_urdf 语法检查
进入urdf文件所属目录，调用:check_urdf urdf文件，如果不抛出异常，说明文件合法,否则非法

2.urdf_to_graphiz 结构查看
进入urdf文件所属目录，调用:urdf_to_graphiz urdf文件，当前目录下会生成 pdf 文件

三、URDF优化_xacro

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，需要按照一定的公式计算，公式是固定的，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，驱动轮与支撑轮的设计实现，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，按照一般的编程涉及到重复代码应该考虑封装。
• …

如果在编程语言中，可以通过变量结合函数直接解决上述问题，在 ROS 中，已经给出了类似编程的优化方案，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。

原理
Xacro 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。

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。

3-1 Xacro_语法详解

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"

否则会报错

1.属性与算数运算
用于封装 URDF 中的一些字段，比如: PAI 值，小车的尺寸，轮子半径 …

属性定义

<xacro:property name="xxxx" value="yyyy" />

属性调用

${属性名称}

算数运算

${数学表达式}

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

宏定义

<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>

宏调用

<xacro:宏名称 参数1=xxx 参数2=xxx/>

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

文件包含

<robot name="xxx" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"><xacro:include filename="my_base.xacro" /><xacro:include filename="my_camera.xacro" /><xacro:include filename="my_laser.xacro" />....
</robot>

3-2 Xacro_完整使用流程示例

需求描述:

使用 Xacro 优化 URDF 版的小车底盘模型实现

1.编写 Xacro 文件

<!--使用 xacro 优化 URDF 版的小车底盘实现：实现思路:1.将一些常量、变量封装为 xacro:property比如:PI 值、小车底盘半径、离地间距、车轮半径、宽度 ....2.使用 宏 封装驱动轮以及支撑轮实现，调用相关宏生成驱动轮与支撑轮-->
<!-- 根标签，必须声明 xmlns:xacro -->
<robot name="my_base" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro"><!-- 封装变量、常量 --><xacro:property name="PI" value="3.141"/><!-- 宏:黑色设置 --><material name="black"><color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0" /></material><!-- 底盘属性 --><xacro:property name="base_footprint_radius" value="0.001" /> <!-- base_footprint 半径  --><xacro:property name="base_link_radius" value="0.1" /> <!-- base_link 半径 --><xacro:property name="base_link_length" value="0.08" /> <!-- base_link 长 --><xacro:property name="earth_space" value="0.015" /> <!-- 离地间距 --><!-- 底盘 --><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" /><material name="yellow"><color rgba="0.5 0.3 0.0 0.5" /></material></visual></link><joint name="base_link2base_footprint" type="fixed"><parent link="base_footprint" /><child link="base_link" /><origin xyz="0 0 ${earth_space + base_link_length / 2 }" /></joint><!-- 驱动轮 --><!-- 驱动轮属性 --><xacro:property name="wheel_radius" value="0.0325" /><!-- 半径 --><xacro:property name="wheel_length" value="0.015" /><!-- 宽度 --><!-- 驱动轮宏实现 --><xacro:macro name="add_wheels" params="name flag"><link name="${name}_wheel"><visual><geometry><cylinder radius="${wheel_radius}" length="${wheel_length}" /></geometry><origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="${PI / 2} 0.0 0.0" /><material name="black" /></visual></link><joint name="${name}_wheel2base_link" type="continuous"><parent link="base_link" /><child link="${name}_wheel" /><origin xyz="0 ${flag * base_link_radius} ${-(earth_space + base_link_length / 2 - wheel_radius) }" /><axis xyz="0 1 0" /></joint></xacro:macro><xacro:add_wheels name="left" flag="1" /><xacro:add_wheels name="right" flag="-1" /><!-- 支撑轮 --><!-- 支撑轮属性 --><xacro:property name="support_wheel_radius" value="0.0075" /> <!-- 支撑轮半径 --><!-- 支撑轮宏 --><xacro:macro name="add_support_wheel" params="name flag" ><link name="${name}_wheel"><visual><geometry><sphere radius="${support_wheel_radius}" /></geometry><origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" /><material name="black" /></visual></link><joint name="${name}_wheel2base_link" type="continuous"><parent link="base_link" /><child link="${name}_wheel" /><origin xyz="${flag * (base_link_radius - support_wheel_radius)} 0 ${-(base_link_length / 2 + earth_space / 2)}" /><axis xyz="1 1 1" /></joint></xacro:macro><xacro:add_support_wheel name="front" flag="1" /><xacro:add_support_wheel name="back" flag="-1" /></robot>

2.集成launch文件
方式1:先将 xacro 文件转换出 urdf 文件，然后集成

先将 xacro 文件解析成 urdf 文件:rosrun xacro xacro xxx.xacro > xxx.urdf然后再按照之前的集成方式直接整合 launch 文件,内容示例:

<launch><param name="robot_description" textfile="$(find demo01_urdf_helloworld)/urdf/xacro/my_base.urdf" /><node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find demo01_urdf_helloworld)/config/helloworld.rviz" /><node pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher" output="screen" /><node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" output="screen" /><node pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" name="joint_state_publisher_gui" output="screen" /></launch>

方式2:在 launch 文件中直接加载 xacro(建议使用)

launch 内容示例:

<launch><param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find demo01_urdf_helloworld)/urdf/xacro/my_base.urdf.xacro" /><node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find demo01_urdf_helloworld)/config/helloworld.rviz" /><node pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher" output="screen" /><node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" output="screen" /><node pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" name="joint_state_publisher_gui" output="screen" /></launch>

核心代码:

<param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find demo01_urdf_helloworld)/urdf/xacro/my_base.urdf.xacro" />

加载robot_description时使用command属性，属性值就是调用 xacro 功能包的 xacro 程序直接解析 xacro 文件。

3- Xacro_实操

需求描述:
在前面小车底盘基础之上，添加摄像头和雷达传感器。
实现分析:

机器人模型由多部件组成，可以将不同组件设置进单独文件，最终通过文件包含实现组件的拼装。

实现流程:

1. 首先编写摄像头和雷达的 xacro 文件
2. 然后再编写一个组合文件，组合底盘、摄像头与雷达
3. 最后，通过 launch 文件启动 Rviz 并显示模型

1.摄像头和雷达 Xacro 文件实现
摄像头 xacro 文件:

<!-- 摄像头相关的 xacro 文件 -->
<robot name="my_camera" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"><!-- 摄像头属性 --><xacro:property name="camera_length" value="0.01" /> <!-- 摄像头长度(x) --><xacro:property name="camera_width" value="0.025" /> <!-- 摄像头宽度(y) --><xacro:property name="camera_height" value="0.025" /> <!-- 摄像头高度(z) --><xacro:property name="camera_x" value="0.08" /> <!-- 摄像头安装的x坐标 --><xacro:property name="camera_y" value="0.0" /> <!-- 摄像头安装的y坐标 --><xacro:property name="camera_z" value="${base_link_length / 2 + camera_height / 2}" /> <!-- 摄像头安装的z坐标:底盘高度 / 2 + 摄像头高度 / 2  --><!-- 摄像头关节以及link --><link name="camera"><visual><geometry><box size="${camera_length} ${camera_width} ${camera_height}" /></geometry><origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /><material name="black" /></visual></link><joint name="camera2base_link" type="fixed"><parent link="base_link" /><child link="camera" /><origin xyz="${camera_x} ${camera_y} ${camera_z}" /></joint>
</robot>

雷达 xacro 文件:

<!--小车底盘添加雷达
-->
<robot name="my_laser" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"><!-- 雷达支架 --><xacro:property name="support_length" value="0.15" /> <!-- 支架长度 --><xacro:property name="support_radius" value="0.01" /> <!-- 支架半径 --><xacro:property name="support_x" value="0.0" /> <!-- 支架安装的x坐标 --><xacro:property name="support_y" value="0.0" /> <!-- 支架安装的y坐标 --><xacro:property name="support_z" value="${base_link_length / 2 + support_length / 2}" /> <!-- 支架安装的z坐标:底盘高度 / 2 + 支架高度 / 2  --><link name="support"><visual><geometry><cylinder radius="${support_radius}" length="${support_length}" /></geometry><origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /><material name="red"><color rgba="0.8 0.2 0.0 0.8" /></material></visual></link><joint name="support2base_link" type="fixed"><parent link="base_link" /><child link="support" /><origin xyz="${support_x} ${support_y} ${support_z}" /></joint><!-- 雷达属性 --><xacro:property name="laser_length" value="0.05" /> <!-- 雷达长度 --><xacro:property name="laser_radius" value="0.03" /> <!-- 雷达半径 --><xacro:property name="laser_x" value="0.0" /> <!-- 雷达安装的x坐标 --><xacro:property name="laser_y" value="0.0" /> <!-- 雷达安装的y坐标 --><xacro:property name="laser_z" value="${support_length / 2 + laser_length / 2}" /> <!-- 雷达安装的z坐标:支架高度 / 2 + 雷达高度 / 2  --><!-- 雷达关节以及link --><link name="laser"><visual><geometry><cylinder radius="${laser_radius}" length="${laser_length}" /></geometry><origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" /><material name="black" /></visual></link><joint name="laser2support" type="fixed"><parent link="support" /><child link="laser" /><origin xyz="${laser_x} ${laser_y} ${laser_z}" /></joint>
</robot>

2.组合底盘摄像头与雷达的 xacro 文件

<!-- 组合小车底盘与摄像头与雷达 -->
<robot name="my_car_camera" xmlns:xacro="http://wiki.ros.org/xacro"><xacro:include filename="my_base.urdf.xacro" /><xacro:include filename="my_camera.urdf.xacro" /><xacro:include filename="my_laser.urdf.xacro" />
</robot>

3.launch 文件

<launch><param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find demo01_urdf_helloworld)/urdf/xacro/my_base_camera_laser.urdf.xacro" /><node pkg="rviz" type="rviz" name="rviz" args="-d $(find demo01_urdf_helloworld)/config/helloworld.rviz" /><node pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher" output="screen" /><node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" output="screen" /><node pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" name="joint_state_publisher_gui" output="screen" /></launch>

参考：
[1]Autolabor-ROS机器人入门课程《ROS理论与实践》季基础教程
[2]【Autolabor初级教程】ROS机器人入门
[3]胡春旭.ROS机器人开发实践[M].机械工业出版社,2018.

这篇关于ROS-机器人仿真urdf-rviz、xacro的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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