ROS 2 Jazzy Jalisco 模型工具 Xacro 总结和习题

中文总结

Xacro 使用教程详细中文总结

目标：学习使用 Xacro 来减少 URDF 文件中的代码量，并提升代码的可读性和可维护性。

教程级别：中级

时间：20分钟

内容概述

1. 使用 Xacro
   • Xacro 是一种用于 XML 的宏语言，可以帮助简化 URDF 文件的编写。
   • 通过 Xacro，可以定义常量、进行简单数学运算以及创建宏来复用代码。
2. 常量
   • 使用 <xacro:property> 标签定义常量，可以在整个 URDF 文件中复用。
   • 通过 ${} 语法引用这些常量。
3. 数学运算
   • 在 ${} 中可以进行基本的数学运算（+、-、*、/）、一元负号和括号组合。
   • 还支持更复杂的数学函数，如 sin 和 cos。
4. 宏
   • 简单宏：定义不带参数的宏，用于生成固定的 XML 结构。
   • 参数化宏：定义带参数的宏，可以生成动态变化的 XML 结构。
   • 使用 * 前缀定义块参数，可以使用 <xacro:insert_block> 插入这些块。
5. 实际应用
   • 通过宏和数学运算，可以大大减少类似结构的代码量。
   • 例如，在 R2D2 模型中，使用宏来定义机器人的腿部结构，通过参数调整左右腿的位置。
6. 实用技巧
   • 名称前缀：使用前缀生成相似的对象名称，便于管理。
   • 数学计算关节原点：通过数学运算计算关节的原点位置，便于调整机器人尺寸。
   • 反射参数：使用反射参数（通常为 1 或 -1）来控制对象的对称性，如左右腿的位置。

详细步骤

1. 引入 Xacro
   • 在 URDF 文件的开头指定 Xacro 命名空间：

     xml复制代码

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

2. 定义常量
   • 使用 <xacro:property> 定义常量，如机器人的宽度和长度：

     xml复制代码

     	<xacro:property name="width" value="0.2" />
     	<xacro:property name="bodylen" value="0.6" />

3. 使用数学运算
   • 在定义几何形状或关节原点时，使用数学运算来简化代码：

     xml复制代码

     	<cylinder radius="${wheeldiam/2}" length="0.1"/>
     	<origin xyz="${reflect*(width+.02)} 0 0.25" />

4. 定义宏
   • 简单宏：定义不带参数的宏，如默认的惯性配置：

     xml复制代码

     	<xacro:macro name="default_inertial">
     	<inertial>
     	<mass value="1.0" />
     	<inertia ixx="1e-3" ixy="0.0" ixz="0.0" iyy="1e-3" iyz="0.0" izz="1e-3" />
     	</inertial>
     	</xacro:macro>

   • 参数化宏：定义带参数的宏，如带有名称和形状的蓝色部件：

     xml复制代码

     	<xacro:macro name="blue_shape" params="name *shape">
     	<link name="${name}">
     	<visual>
     	<geometry>
     	<xacro:insert_block name="shape" />
     	</geometry>
     	<material name="blue"/>
     	</visual>
     	<collision>
     	<geometry>
     	<xacro:insert_block name="shape" />
     	</geometry>
     	</collision>
     	</link>
     	</xacro:macro>

5. 实际应用示例
   • 使用宏和数学运算定义机器人的腿部结构：

     xml复制代码

     	<xacro:macro name="leg" params="prefix reflect">
     	<link name="${prefix}_leg">
     	<!-- 腿部视觉和碰撞定义 -->
     	</link>
     	<joint name="base_to_${prefix}_leg" type="fixed">
     	<!-- 关节定义 -->
     	</joint>
     	</xacro:macro>
     	<xacro:leg prefix="right" reflect="1" />
     	<xacro:leg prefix="left" reflect="-1" />

6. 总结
   • Xacro 通过定义常量、进行数学运算和创建宏，大大简化了 URDF 文件的编写。
   • 使用 Xacro 可以提高代码的可读性和可维护性，特别是在定义复杂机器人结构时。
   • 通过实际应用示例，展示了如何使用 Xacro 来减少代码量并便于调整机器人参数。

详细中文总结支持URDF的工具

本文介绍了如何使用Xacro来简化URDF文件，并列举了多种可用于导出URDF文件的CAD和3D建模软件工具。以下是对这些工具的详细中文总结：

一、Xacro简化URDF文件

Xacro是一个用于简化URDF（Unified Robot Description Format）文件的宏处理器。通过使用Xacro，可以减少重复代码，使URDF文件更加简洁和易读。这对于团队协作和代码维护都是非常有帮助的。

二、URDF文件导出工具

1. Blender URDF Exporter：
   • Blender是一个强大的3D建模和动画软件，它包含一个URDF导出工具，可以将Blender中的模型导出为URDF格式。
2. CREO Parametric URDF Exporter：
   • CREO Parametric是一款专业的CAD软件，提供了URDF导出功能，方便将机械设计直接转换为机器人描述文件。
3. FreeCAD ROS Workbench：
   • FreeCAD是一个开源的CAD软件，ROS Workbench是其中的一个模块，专门用于机器人设计和URDF文件导出。
4. RobotCAD (FreeCAD OVERCROSS)：
   • RobotCAD是基于FreeCAD的一个扩展，提供了更多针对机器人设计的工具和URDF导出功能。
5. Freecad to Gazebo Exporter：
   • 这是一个将FreeCAD模型导出为Gazebo格式的工具，虽然不直接导出URDF，但可以通过Gazebo格式间接转换为URDF。
6. Fusion 360 URDF Exporter：
   • Fusion 360是一款流行的CAD软件，提供了URDF导出插件，方便将设计转换为机器人描述文件。
7. FusionSDF：Fusion 360 to SDF exporter：
   • 这是一个将Fusion 360模型导出为SDF（Simulation Description Format）的工具，SDF与URDF有一定的兼容性。
8. OnShape URDF Exporter：
   • OnShape是一个基于云的CAD软件，提供了URDF导出功能，方便用户将设计用于机器人仿真和实际应用。
9. SolidWorks URDF Exporter：
   • SolidWorks是一款专业的CAD软件，通过安装URDF导出插件，可以将SolidWorks模型导出为URDF格式。
10. ExportURDF Library (Fusion360, OnShape, Solidworks)：
    • 这是一个通用的URDF导出库，支持Fusion360、OnShape和Solidworks等多种CAD软件。
11. RoboForge Project (freemium / paid tooling)：
    • RoboForge是一个提供机器人设计和仿真的平台，支持URDF格式的导出和导入。

三、其他URDF导出和转换工具

• Gazebo SDFormat to URDF Parser：这是一个将Gazebo格式转换为URDF格式的解析器。
• SDF to URDF Converter in Python：这是一个使用Python编写的SDF到URDF的转换器。
• URDF to Webots Simulator Format：这是一个将URDF转换为Webots仿真器格式的工具。

四、查看URDF和SDF文件

• Web Viewer for URDF Files：提供了一个在线查看URDF文件的网站和GitHub仓库。
• View SDF Models in RViz：可以在RViz中查看SDF模型。
• Jupyterlab URDF Viewer：在Jupyterlab中查看URDF文件的工具。

综上所述，本文介绍了多种支持URDF的工具，包括Xacro简化工具、URDF文件导出工具、其他URDF导出和转换工具以及查看URDF和SDF文件的工具。这些工具为机器人设计和仿真提供了便捷的方法，有助于提高工作效率和准确性。

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练习题

单选题

1. Xacro 主要用于简化哪种文件的编写？
   A. ROS节点代码
   B. URDF文件
   C. SRDF文件
   D. Launch文件

答案：B

1. 在 Xacro 中，如何定义常量？
   A. 使用 <constant> 标签
   B. 使用 <variable> 标签
   C. 使用 <xacro:property> 标签
   D. 使用 <define> 标签

答案：C

1. 下列哪个不是 Xacro 支持的基本数学运算？
   A. 加法
   B. 减法
   C. 乘法
   D. 逻辑与

答案：D

1. 在 Xacro 中，如何引用定义的常量或进行数学运算的结果？
   A. 使用 #{} 语法
   B. 使用 ${} 语法
   C. 使用 @{} 语法
   D. 使用 %%{} 语法

答案：B

1. 参数化宏在 Xacro 中是如何定义的？
   A. 使用 <macro> 标签并指定 params 属性
   B. 使用 <xacro:function> 标签
   C. 使用 <template> 标签
   D. 使用 <xacro:macro> 标签并指定 params 属性

答案：D

多选题

1. Xacro 提供了哪些功能来提升 URDF 文件的编写效率？
   A. 定义常量
   B. 进行数学运算
   C. 创建宏
   D. 自动生成节点代码

答案：A, B, C

1. 在 Xacro 中，宏可以分为哪几种类型？
   A. 简单宏
   B. 复杂宏
   C. 参数化宏
   D. 动态宏

答案：A, C

判断题

1. 在 Xacro 中，可以使用 <xacro:insert_block> 插入带参数的块。

答案：对

1. Xacro 只能通过定义常量和宏来简化 URDF 文件，不支持数学运算。

答案：错

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