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">

• 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" />

• 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" />

• 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>

• 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" />

• 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。

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