ros2--xacro

什么是xacro

在ROS 2中，Xacro（XML Macros）是一种基于XML的宏语言，专门用于简化URDF（Unified Robot Description Format）文件的编写。它通过宏定义、变量替换和代码复用等功能，让机器人模型的描述更模块化、更易维护。

Xacro与URDF的关系

• URDF：原生XML格式，描述机器人模型（连杆、关节、传感器等），但冗长且难以复用。

• Xacro：URDF的增强版，在预处理阶段会被展开为纯URDF，最终被ROS 2节点（如robot_state_publisher）使用。

为什么用Xacro

• 减少代码量：宏和变量避免重复定义（如多个相同的轮子）。

• 参数化设计：通过变量快速调整机器人尺寸（如轮径、臂长）。

• 模块化开发：将机器人部件拆分为独立文件（如底盘、机械臂）。

• 动态配置：结合条件语句实现不同硬件配置（如是否安装摄像头）。

xacro语法

1,常量定义

<xacro:property name="PI" value="3.14159"/>
<xacro:property name="wheel_mass" value="2.0"/>
<mass value="${wheel_mass}"/>
<inertia ixx="${wheel_mass * 0.1}" ixy="0" ixz="0"/>

转换为urdf:
 

ros2 run xacro xacro test.xacro -o test.urdf

<?xml version="1.0" ?>
<!-- =================================================================================== -->
<!-- |    This document was autogenerated by xacro from test.xacro                     | -->
<!-- |    EDITING THIS FILE BY HAND IS NOT RECOMMENDED                                 | -->
<!-- =================================================================================== -->
<robot name="test_bot"><mass value="2.0"/><inertia ixx="0.2" ixy="0" ixz="0"/>
</robot>

2,宏定义

<!-- 定义宏 -->
<xacro:macro name="wheel" params="prefix x_pos"><link name="${prefix}_wheel"><visual><geometry><sphere radius="0.1"/></geometry></visual></link><joint name="${prefix}_joint" type="fixed"><parent link="base_link"/><child link="${prefix}_wheel"/><origin xyz="${x_pos} 0 0"/></joint>
</xacro:macro><!-- 调用宏-->
<xacro:wheel prefix="left" x_pos="0.2"/>
<xacro:wheel prefix="right" x_pos="-0.2"/>

xacro展开为urdf文件：

<?xml version="1.0" ?>
<!-- =================================================================================== -->
<!-- |    This document was autogenerated by xacro from test.xacro                     | -->
<!-- |    EDITING THIS FILE BY HAND IS NOT RECOMMENDED                                 | -->
<!-- =================================================================================== -->
<robot name="test_bot"><link name="left_wheel_link"><visual><geometry><sphere radius="0.05"/></geometry></visual></link><joint name="left_wheel_joint" type="continuous"><parent link="base_link"/><child link="left_wheel_link"/><origin xyz="0.18 0 0"/></joint><link name="right_wheel_link"><visual><geometry><sphere radius="0.05"/></geometry></visual></link><joint name="right_wheel_joint" type="continuous"><parent link="base_link"/><child link="right_wheel_link"/><origin xyz="-0.18 0 0"/></joint>
</robot>

3,数值计算

<xacro:property name="PI" value="3.14159"/>
<xacro:property name="wheel_mass" value="2.0"/>
<mass value="${wheel_mass}"/>
<inertia ixx="${wheel_mass * 0.1}" ixy="0" ixz="0"/>

${}中可以运用的计算符号

1. 基础数学运算

运算符	描述	示例	输出结果
+	加法	${1 + 2}	3
-	减法/负号	${5 - 3}, ${-1}	2, -1
*	乘法	${2 * 3}	6
/	除法	${10 / 2}	5
^	幂运算	${2 ^ 3}	8
%	取模	${10 % 3}	1

---

2. 比较运算符

运算符	描述	示例	输出结果
==	等于	${radius == 0.1}	true/false
!=	不等于	${type != 'fixed'}	true/false
>	大于	${length > 0.5}	true/false
<	小于	${mass < 10}	true/false
>=	大于等于	${value >= 100}	true/false
<=	小于等于	${angle <= 3.14}	true/false

3. 逻辑运算符

运算符	描述	示例	输出结果
and	逻辑与	${a > 0 and b < 0}	true/false
or	逻辑或	${is_ready or force_execute}	true/false
not	逻辑非	${not is_fixed}	true/false
in	包含于列表	${joint_type in ['revolute', 'prismatic']}	true/false

4. 三元条件运算

语法	描述	示例	输出结果
${条件 ? 真值 : 假值}	条件成立返回真值	${is_round ? radius : length/2}	动态值

---

5. 字符串操作

操作	示例	输出结果
字符串拼接	${'prefix_' + name}	prefix_wheel
字符串包含	${'cam' in camera_name}	true/false

6. 数学函数

Xacro支持部分数学函数（通过math模块）：

函数	描述	示例	输出结果
sin(x)	正弦	${sin(angle)}	浮点数
cos(x)	余弦	${cos(angle)}	浮点数
tan(x)	正切	${tan(angle)}	浮点数
sqrt(x)	平方根	${sqrt(area)}	浮点数
pi	π值	${pi}	3.14159...

很多符号没有用过，代验证修改。

4,条件判断

xacro:if

<xacro:property name="has_camera" value="true"/>
<xacro:if value="${has_camera}"><link name="camera_link">...</link>
</xacro:if>

• 作用：如果 has_camera 为 true，则在 URDF 中添加名为 camera_link 的连杆（Link）定义；否则跳过。

• 细节：

  • xacro:if 是条件判断标签，value 接受表达式（如变量、比较运算等）。

  • ${has_camera} 是变量引用语法（类似 Shell 脚本中的变量展开）。

  • 如果 value 结果为 true、1 或非空字符串，条件成立。

xacro:unless

等同与 if not。

<xacro:macro name="wheel" params="prefix radius type x_pos"><link name="${prefix}_wheel_link"><visual><geometry><sphere radius="${radius}"/></geometry></visual></link><joint name="${prefix}_wheel_joint" type="${type}"><parent link="base_link"/><child link="${prefix}_wheel_link"/><origin xyz="${x_pos} 0 0"/><!-- 仅当 type 不是 'fixed' 时添加 axis --><xacro:unless value="${type == 'fixed'}"><axis xyz="0.0 1.0 0.0"/></xacro:unless></joint>
</xacro:macro>

5,文件包含

URDF文件太长，可以分为多个urdf文件，通过include进来到xacro文件中。

<xacro:include filename="$(find-pkg-share test_urdf)/urdf/sensors/camera.xacro"/>
<!--或者-->
<xacro:include filename="$(find test_urdf)/urdf/sensors/camera.xacro"/>

注意：被include进来的文件，只会包含子文件的<robot>中的内容，xml声明和<robot>标签不会被包含。

xacro展开为urdf文件

ros2 run xacro xacro robot.xacro -o robot.urdf

xacro编程

1,xacro文件存放目录

urdf目录。

2,xacro命名空间

xacro本质是嗯就是urdf的简化版本，所以也需要xml声明和robot根标签，只是根标签中多了xacro命名空间：

<?xml version="1.0"?>
<robot name="mbot" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
<!--这个链接是xacro的ros wiki链接-->

在Xacro文件的开头声明 xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro" 是XML命名空间的定义，它的核心作用是为Xacro宏语言提供语法标识和解析规则。以下是详细解释：

---

基本作用

• 命名空间声明：
  这行代码告诉XML解析器，文件中所有以 xacro: 为前缀的标签（如 <xacro:macro>、<xacro:include>）都属于Xacro宏语言的定义范畴，而非普通XML标签。

• 类比其他语言：
  类似于Python中的 import 或C++中的 namespace，用于区分不同来源的语法规则。

3,xml中的""和''的嵌套要求

xml中单引号和双引号之间的嵌套没有特殊要求一定要水嵌套谁，哪个在内，哪个在外都可以，但是不能内外都使用相同的引号类型。