[ROS 系列学习教程] 建模与仿真 - 使用 Xacro 优化 urdf

在这里插入图片描述

ROS 系列学习教程(总目录)

本文目录

  • 一、使用属性表示常量
  • 二、使用公式
  • 三、使用宏定义
  • 四、include 其他文件
  • 五、优化实践

对于前文介绍的 urdf 模型，我们可以使用 xacro 来优化，使其更易于维护。

优化点：

  1. 多次用到的尺寸用常量定义
  2. 计算使用公式表示，增加可读性
  3. 重复结构用宏定义
  4. 可复用的结构模块用单独文件编写，使用时在其他文件 include

一、使用属性表示常量

对于一些多次用到的常量，可以使用属性表示，以实现更好的可读性与可维护性。

<!-- 属性列表 -->
<xacro:property name="M_PI" value="3.1415926"/>
<xacro:property name="base_radius" value="0.20"/>
<xacro:property name="base_length" value="0.16"/>

<xacro:property name="wheel_radius" value="0.06"/>
<xacro:property name="wheel_length" value="0.025"/>
<xacro:property name="wheel_joint_y" value="0.19"/>
<xacro:property name="wheel_joint_z" value="0.05"/>

<xacro:property name="caster_radius" value="0.015"/> 
<xacro:property name="caster_joint_x" value="0.18"/>

二、使用公式

需要计算的地方，在urdf中一般是计算好后，将结果填入用的地方，但这样就隐藏掉了计算过程，无论是可读性还是维护性都不好。
从 ROS Jade 开始，Xacro支持了 Python 表达式的解析，可以使用 Python 表达式编写计算公式，使代码复用性更强。
比如计算底盘与地面的joint，可以根据常量脚轮半径（caster_radius）与 底盘高（base_length）计算，如下：

<joint name="base_footprint_joint" type="fixed">
    <origin xyz="0 0 ${base_length/2 + caster_radius*2}" rpy="0 0 0" />
    <parent link="base_footprint" />
    <child link="base_link" />
</joint>

三、使用宏定义

使用宏可以封装复杂计算、通用结构等，比如左右轮子、前后脚轮等都可以抽象为一个宏，通过不同入参生成不同对象。

<!-- 轮子宏定义 -->
<xacro:macro name="wheel" params="prefix reflect">
    <joint name="${prefix}_wheel_joint" type="continuous">
        <origin xyz="0 ${reflect*wheel_joint_y} ${-wheel_joint_z}" rpy="0 0 0" />
        <parent link="base_link" />
        <child link="${prefix}_wheel_link" />
        <axis xyz="0 1 0" />
    </joint>

    <link name="${prefix}_wheel_link">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="${M_PI/2} 0 0" />
            <geometry>
                <cylinder radius="${wheel_radius}" length="${wheel_length}" />
            </geometry>
            <material name="gray" />
        </visual>
    </link>
</xacro:macro>

<!-- 脚轮宏定义 -->
<xacro:macro name="caster" params="prefix reflect">
    <joint name="${prefix}_caster_joint" type="continuous">
        <origin xyz="${reflect*caster_joint_x} 0 ${-(base_length/2 + caster_radius)}"
            rpy="0 0 0" />
        <parent link="base_link" />
        <child link="${prefix}_caster_link" />
        <axis xyz="0 1 0" />
    </joint>

    <link name="${prefix}_caster_link">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
            <geometry>
                <sphere radius="${caster_radius}" />
            </geometry>
            <material name="black" />
        </visual>
    </link>
</xacro:macro>

四、include 其他文件

有时同一个实体可能被多个机器人使用，比如传感器，这是可以将传感器单独用一个 xacro 文件表示，然后在其他文件中 include。

比如相机，先写一个单独的相机xacro文件 camera.xacro：

<?xml version="1.0"?>
<robot name="camera" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">

    <xacro:macro name="usb_camera" params="prefix:=camera">
        <link name="${prefix}_link">
            <visual>
                <origin xyz=" 0 0 0 " rpy="0 1.57 0" />
                <geometry>
                    <cylinder radius="0.02" length="0.05" />
                </geometry>
                <material name="gray">
                    <color rgba="0.25 0.25 0.25 0.95" />
                </material>
            </visual>
        </link>
    </xacro:macro>

</robot>

然后在机器人本体的xacro文件中include这个 camera.xacro：

<?xml version="1.0"?>
<robot name="mbot_with_camera" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">

    <xacro:include filename="$(find simulation_learning)/models/xacro/base.xacro" />
    <xacro:include filename="$(find simulation_learning)/models/xacro/sensors/camera.xacro" />

    <xacro:property name="camera_offset_x" value="0.18" />
    <xacro:property name="camera_offset_y" value="0" />
    <xacro:property name="camera_offset_z" value="0.055" />

    <!-- 调用base宏 -->
    <xacro:mbot_base />

    <!-- Camera -->
    <joint name="camera_joint" type="fixed">
        <origin xyz="${camera_offset_x} ${camera_offset_y} ${camera_offset_z}" rpy="0 0 0" />
        <parent link="base_link" />
        <child link="camera_link" />
    </joint>

    <!-- 调用Camera宏 -->
    <xacro:usb_camera prefix="camera" />

</robot>

这里注意，Xacro的 xacro:include 会把被include的文件内容解析展开到 xacro:include 的位置，所以在被include的文件中，如果有宏调用等语句，也会在 xacro:include 的地方生效。

五、优化实践

对于纯urdf实现的模型，用xacro优化后如下：

优化前，完整的urdf代码：

<?xml version="1.0"?>
<robot name="mbot">

    <!-- 底盘实体描述 -->
    <link name="base_link">
        <visual>
            <origin xyz=" 0 0 0" rpy="0 0 0" />
            <geometry>
                <cylinder length="0.16" radius="0.20" />
            </geometry>
            <material name="yellow">
                <color rgba="1 0.4 0 1" />
            </material>
        </visual>
    </link>

    <!-- 左轮与底盘的关节描述 -->
    <joint name="left_wheel_joint" type="continuous">
        <origin xyz="0 0.19 -0.05" rpy="0 0 0" />
        <parent link="base_link" />
        <child link="left_wheel_link" />
        <axis xyz="0 1 0" />
    </joint>

    <!-- 左轮实体描述 -->
    <link name="left_wheel_link">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="1.5707 0 0" />
            <geometry>
                <cylinder radius="0.06" length="0.025" />
            </geometry>
            <material name="white">
                <color rgba="1 1 1 0.9" />
            </material>
        </visual>
    </link>

    <!-- 右轮与底盘的关节描述 -->
    <joint name="right_wheel_joint" type="continuous">
        <origin xyz="0 -0.19 -0.05" rpy="0 0 0" />
        <parent link="base_link" />
        <child link="right_wheel_link" />
        <axis xyz="0 1 0" />
    </joint>

    <!-- 右轮实体描述 -->
    <link name="right_wheel_link">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="1.5707 0 0" />
            <geometry>
                <cylinder radius="0.06" length="0.025" />
            </geometry>
            <material name="white">
                <color rgba="1 1 1 0.9" />
            </material>
        </visual>
    </link>

    <!-- 前脚轮实体描述 -->
    <joint name="front_caster_joint" type="continuous">
        <origin xyz="0.18 0 -0.095" rpy="0 0 0" />
        <parent link="base_link" />
        <child link="front_caster_link" />
        <axis xyz="0 1 0" />
    </joint>

    <!-- 前脚轮和底盘的关节描述 -->
    <link name="front_caster_link">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
            <geometry>
                <sphere radius="0.015" />
            </geometry>
            <material name="black">
                <color rgba="0 0 0 0.95" />
            </material>
        </visual>
    </link>

    <!-- 后脚轮实体描述 -->
    <joint name="back_caster_joint" type="continuous">
        <origin xyz="-0.18 0 -0.095" rpy="0 0 0" />
        <parent link="base_link" />
        <child link="back_caster_link" />
        <axis xyz="0 1 0" />
    </joint>

    <!-- 后脚轮和底盘的关节描述 -->
    <link name="back_caster_link">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
            <geometry>
                <sphere radius="0.015" />
            </geometry>
            <material name="black">
                <color rgba="0 0 0 0.95" />
            </material>
        </visual>
    </link>

    <!-- 激光雷达实体描述 -->
    <link name="laser_link">
        <visual>
            <origin xyz=" 0 0 0 " rpy="0 0 0" />
            <geometry>
                <cylinder length="0.05" radius="0.05" />
            </geometry>
            <material name="gray">
                <color rgba="0.25 0.25 0.25 0.95" />
            </material>
        </visual>
    </link>

    <!-- 激光雷达和底盘的关节描述 -->
    <joint name="laser_joint" type="fixed">
        <origin xyz="0 0 0.105" rpy="0 0 0" />
        <parent link="base_link" />
        <child link="laser_link" />
    </joint>

    <!-- 相机实体描述 -->
    <link name="camera_link">
        <visual>
            <origin xyz=" 0 0 0 " rpy="0 1.57 0" />
            <geometry>
                <cylinder radius="0.02" length = "0.05"/>
            </geometry>
            <material name="gray">
                <color rgba="0.25 0.25 0.25 0.95"/>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <!-- 相机和底盘的关节描述 -->
    <joint name="camera_joint" type="fixed">
        <origin xyz="0.18 0 0.055" rpy="0 0 0"/>
        <parent link="base_link"/>
        <child link="camera_link"/>
    </joint>

</robot>

rviz中显示结果如下：

在这里插入图片描述

使用xacro优化后：

分成四个文件：camera.xacro、laser.xacro、base.xacro 和 mbot_base_with_laser_camera.xacro

camera.xacro：

<?xml version="1.0"?>
<robot name="camera" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">

    <xacro:macro name="usb_camera" params="prefix:=camera">
        <link name="${prefix}_link">
            <visual>
                <origin xyz="0 0 0 " rpy="0 1.57 0" />
                <geometry>
                    <cylinder radius="0.02" length="0.05" />
                </geometry>
                <material name="black" />
            </visual>
        </link>
    </xacro:macro>

</robot>

laser.xacro：

<?xml version="1.0"?>
<robot name="laser" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">

    <xacro:macro name="laser" params="prefix:=laser">
        <link name="${prefix}_link">
            <visual>
                <origin xyz="0 0 0 " rpy="0 0 0" />
                <geometry>
                    <cylinder length="0.05" radius="0.05" />
                </geometry>
                <material name="black" />
            </visual>
        </link>
    </xacro:macro>

</robot>

base.xacro：

<?xml version="1.0"?>
<robot name="base" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">

    <!-- 属性列表 -->
    <xacro:property name="M_PI" value="3.1415926" />
    <xacro:property name="base_radius" value="0.20" />
    <xacro:property name="base_length" value="0.16" />

    <xacro:property name="wheel_radius" value="0.06" />
    <xacro:property name="wheel_length" value="0.025" />
    <xacro:property name="wheel_joint_y" value="0.19" />

    <xacro:property name="caster_radius" value="0.015" />
    <xacro:property name="caster_joint_x" value="0.18" />

    <!-- 颜色列表 -->
    <material name="yellow">
        <color rgba="1 0.4 0 1" />
    </material>
    <material name="black">
        <color rgba="0 0 0 0.95" />
    </material>
    <material name="gray">
        <color rgba="0.25 0.25 0.25 0.95" />
    </material>
    <material name="white">
        <color rgba="1 1 1 0.9" />
    </material>

    <!-- 轮子宏定义 -->
    <xacro:macro name="wheel" params="prefix reflect">
        <joint name="${prefix}_wheel_joint" type="continuous">
            <origin xyz="0 ${reflect*wheel_joint_y} ${wheel_radius}" rpy="0 0 0" />
            <parent link="base_link" />
            <child link="${prefix}_wheel_link" />
            <axis xyz="0 1 0" />
        </joint>

        <link name="${prefix}_wheel_link">
            <visual>
                <origin xyz="0 0 0" rpy="${M_PI/2} 0 0" />
                <geometry>
                    <cylinder radius="${wheel_radius}" length="${wheel_length}" />
                </geometry>
                <material name="white" />
            </visual>
        </link>
    </xacro:macro>

    <!-- 脚轮宏定义 -->
    <xacro:macro name="caster" params="prefix reflect">
        <joint name="${prefix}_caster_joint" type="continuous">
            <origin xyz="${reflect*caster_joint_x} 0 ${caster_radius}"
                rpy="0 0 0" />
            <parent link="base_link" />
            <child link="${prefix}_caster_link" />
            <axis xyz="0 1 0" />
        </joint>

        <link name="${prefix}_caster_link">
            <visual>
                <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
                <geometry>
                    <sphere radius="${caster_radius}" />
                </geometry>
                <material name="black" />
            </visual>
        </link>
    </xacro:macro>

    <!-- 底盘宏定义 -->
    <xacro:macro name="mbot_base">

        <link name="base_link">
            <visual>
                <origin xyz="0 0 ${2*caster_radius + base_length/2}" rpy="0 0 0" />
                <geometry>
                    <cylinder length="${base_length}" radius="${base_radius}" />
                </geometry>
                <material name="yellow" />
            </visual>
        </link>

        <!-- 调用轮子宏 -->
        <xacro:wheel prefix="left" reflect="-1" />
        <xacro:wheel prefix="right" reflect="1" />

        <!-- 调用脚轮宏 -->
        <xacro:caster prefix="front" reflect="-1" />
        <xacro:caster prefix="back" reflect="1" />
    </xacro:macro>

</robot>

mbot_base_with_laser_camera.xacro：

<?xml version="1.0"?>
<robot name="mbot_with_laser_camera" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">

    <xacro:include filename="$(find simulation_learning)/models/xacro/base.xacro" />
    <xacro:include filename="$(find simulation_learning)/models/xacro/sensors/laser.xacro" />
    <xacro:include filename="$(find simulation_learning)/models/xacro/sensors/camera.xacro" />

    <xacro:property name="laser_offset_x" value="0" />
    <xacro:property name="laser_offset_y" value="0" />
    <xacro:property name="laser_offset_z" value="${2*caster_radius + base_length + laser_length/2}" />

    <xacro:property name="camera_offset_x" value="0.18" />
    <xacro:property name="camera_offset_y" value="0" />
    <xacro:property name="camera_offset_z" value="0.165" />

    <!-- 调用base宏 -->
    <xacro:mbot_base />

    <!-- laser_joint -->
    <joint name="laser_joint" type="fixed">
        <origin xyz="${laser_offset_x} ${laser_offset_y} ${laser_offset_z}" rpy="0 0 0" />
        <parent link="base_link" />
        <child link="laser_link" />
    </joint>

    <!-- 调用laser宏 -->
    <xacro:laser prefix="laser" />

    <!-- camera_joint -->
    <joint name="camera_joint" type="fixed">
        <origin xyz="${camera_offset_x} ${camera_offset_y} ${camera_offset_z}" rpy="0 0 0" />
        <parent link="base_link" />
        <child link="camera_link" />
    </joint>

    <!-- 调用Camera宏 -->
    <xacro:usb_camera prefix="camera" />

</robot>

rviz中显示结果为：

在这里插入图片描述

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数据集格式&#xff1a;Pascal VOC格式YOLO格式(不包含分割路径的txt文件&#xff0c;仅仅包含jpg图片以及对应的VOC格式xml文件和yolo格式txt文件) 图片数量(jpg文件个数)&#xff1a;4107 标注数量(xml文件个数)&#xff1a;4107 标注数量(txt文件个数)&#xff1a;4107 标注…
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测试工具fio

测试工具fio

一、安装部署 fio是一款优秀的磁盘IO测试工具&#xff0c;在Linux中比较常用于测试磁盘IO 其下载地址&#xff1a;https://brick.kernel.dk/snaps/fio-2.1.10.tar.gz 或者登录其官网&#xff1a;http://freshmeat.sourceforge.net/projects/fio/ 进行下载。 tar -zxvf fio-…
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RabbitMQ延时队列

RabbitMQ延时队列

一、RabbitMQ下载并使用插件 1、查看RabbitMQ插件的文件路径 docker inspect rabbitmq 找到Mounts下面Name:rabbitmq_plugin的Source即为插件路径 使用 cd 进入到该目录 2、下载插件 wget https://github.com/rabbitmq/rabbitmq-delayed-message-exchange/releases/download…
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vue前端Echars

vue前端Echars

<template><div :class"className" :style"{height:height,width:width}" /> </template><script> import * as echarts from echarts require(echarts/theme/macarons) // echarts theme 柱状图 import resize from ./mixins/re…
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win10环境下nodejs安装过程

win10环境下nodejs安装过程

打开 https://nodejs.org/en/官网下载node.js 2.下载完成后的安装文件为node-v16.16.0-x64.msi&#xff0c;双击进行安装即可。 3.一直默认安装&#xff0c;记得可以更改安装路径 4.其他不用打勾&#xff0c;一直next&#xff0c;安装完成即可。 5.安装完成后&#xff0c;wi…
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AI在线UI代码生成，不需要敲一行代码，聊聊天，上传图片，就能生成前端页面的开发神器

AI在线UI代码生成，不需要敲一行代码，聊聊天，上传图片，就能生成前端页面的开发神器

ioDraw的在线UI代码生成器是一款开发神器&#xff0c;它可以让您在无需编写一行代码的情况下创建前端页面。 主要优势&#xff1a; 1、极简操作&#xff1a;只需聊天或上传图片&#xff0c;即可生成响应式的Tailwind CSS代码。 2、节省时间&#xff1a;自动生成代码可以节省大…
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【论文复现|智能算法改进】融合黑寡妇思想的蜣螂优化算法

【论文复现|智能算法改进】融合黑寡妇思想的蜣螂优化算法

目录 1.算法原理2.改进点3.结果展示4.参考文献5.代码获取 1.算法原理 【智能算法】蜣螂优化算法&#xff08;DBO&#xff09;原理及实现 2.改进点 ICMIC混沌映射 z n 1 sin ⁡ ( α z n ) , α ∈ ( 0 , ∞ ) (1) z_{n1}\sin(\frac{\alpha}{z_n}),\alpha\in(0,\infty)\ta…
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3D目标检测入门：探索OpenPCDet框架

3D目标检测入门：探索OpenPCDet框架

前言 在自动驾驶和机器人视觉这两个飞速发展的领域中&#xff0c;3D目标检测技术扮演着核心角色。随着深度学习技术的突破性进展&#xff0c;3D目标检测算法的研究和应用正日益深入。OpenPCDet&#xff0c;这个由香港中文大学OpenMMLab实验室精心打造的开源工具箱&#xff0c;…
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【六一儿童节】的科技奇幻旅程：解锁【机器学习】与【人工智能】的无限创意

【六一儿童节】的科技奇幻旅程：解锁【机器学习】与【人工智能】的无限创意

目录 一、机器学习与人工智能简介 二、六一儿童节的特殊意义 三、项目概述&#xff1a;智能绘画助手 四、技术栈和工具 五、数据准备 六、模型训练 1. 数据预处理 2. 构建和训练模型 七、智能绘画助手的实现 1. 搭建Flask应用 2. 客户端界面 八、扩展功能与优化 1…
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SQL面试题001--图文并茂解答连续登录问题

SQL面试题001--图文并茂解答连续登录问题

连续登录问题是经典问题&#xff0c;今天做下总结。首先对原数据进行处理成客户和日期是不重复的&#xff0c;且日期是 yyyy-MM-dd 格式&#xff0c;这样好使用日期相关的函数。 本文参考在文末&#xff0c;增加了图表&#xff0c;更加容易理解。 表&#xff1a;temp01_cust_…
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从0开始制作微信小程序

从0开始制作微信小程序

目录 前言 正文 需要事先准备的 需要事先掌握的 什么是uniapp 平台应用的分类方式 什么是TypeScript 创建项目 项目文件作用 源码地址 尾声 &#x1f52d; Hi,I’m Pleasure1234&#x1f331; I’m currently learning Vue.js,SpringBoot,Computer Security and so on.&#x1…
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[数据集][目标检测]旋风检测数据集VOC+YOLO格式157张1类别

[数据集][目标检测]旋风检测数据集VOC+YOLO格式157张1类别

数据集格式&#xff1a;Pascal VOC格式YOLO格式(不包含分割路径的txt文件&#xff0c;仅仅包含jpg图片以及对应的VOC格式xml文件和yolo格式txt文件) 图片数量(jpg文件个数)&#xff1a;159 标注数量(xml文件个数)&#xff1a;159 标注数量(txt文件个数)&#xff1a;159 标注类别…
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代码随想录算法训练营第十一天| 20. 有效的括号、1047. 删除字符串中的所有相邻重复项、150. 逆波兰表达式求值

代码随想录算法训练营第十一天| 20. 有效的括号、1047. 删除字符串中的所有相邻重复项、150. 逆波兰表达式求值

20. 有效的括号 题目链接&#xff1a;20. 有效的括号 文档讲解&#xff1a;代码随想录 状态&#xff1a;so easy 思路&#xff1a; 使用栈&#xff0c;如果是左括号就入栈&#xff0c;如果是右括号则判断是否和栈顶括号匹配&#xff0c;如果匹配就出栈&#xff0c;否则判断遍历…
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ubuntu--Linux运行时格式

ubuntu--Linux运行时格式

Linux运行时格式 \r 错误 用vim打开那个执行错误的 sh脚本文件 进入最后一行模式下 :set ff显示 fileformatdos 解决方法 : :set ffunix查看是否更改 : :set ff结果 : 保存退出即可 :x运行, 没有出错 * Author: cpu_code * Date: 2020-07-29 19:07:52 * LastEditTime: 2020…
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MMPose-RTMO推理详解及部署实现（上）

MMPose-RTMO推理详解及部署实现（上）

目录 前言1. 概述1.1 MMPopse1.2 MMDeploy1.3 RTMO 2. 环境配置3. Demo测试4. ONNX导出初探5. ONNX导出代码浅析6. 剔除NMS7. 输出合并8. LayerNormalization算子导出9. 动态batch的实现10. 导出修改总结11. 拓展-MMPose中导出ONNX结语下载链接参考 前言 最近在 MMPose 上看到了…
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