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前言

首先，上一篇使用urdf文件创建了一个四轮小车模型。这一篇想使用xacro文件创建一个正真的机器人模型。

xacro比urdf更具可读性和可维护性。它还允许我们创建模型并复用这些模型去创建相同的结构。在里面我们可以进行宏定义、变量定义、头文件包含、数学运算等操作。

我们确定下机器人的形态：一个带有摄像头、激光雷达的四轮移动机器人，其中两个轮子是带有电机的差动轮，另外两个为支撑轮。我们需要确定的参数如下：机器人主体的尺寸、颜色、角度，机器人轮子（包括joint与link）的尺寸，颜色、角度，机器人摄像头的尺寸、颜色、角度等。

一、创建编译功能包

切换到catkin_ws/src目录下，如下：

catkin_create_pkg mbot_sim urdf xacro

切换到catkin_ws目录下，编译该功能包，如下：

catkin_make mbot_sim

在该功能包下创建include、src、launch、urdf文件夹，在urdf文件下创建urdf文件夹和xacro文件夹。

二、xacro文件

1、创建robot_base.xacro文件

切换到xacro文件下，创建robot_base文件，文件内容如下

<?xml version="1.0"?>
<robot name="mbot" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
    <!-- PROPERTY LIST -->
    <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"/> 

    <!-- wheel_radius - ( base_length/2 - wheel_joint_z) -->
    <xacro:property name="caster_joint_x" value="0.18"/>

	<!-- Defining the colors used in this robot -->
    <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="0.75 0.75 0.75 1"/>
    </material>

	<!-- Macro for robot wheel -->
	<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>

	<!-- Macro for robot caster -->
	<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>

	<!-- Macro for robot base -->
	<xacro:macro name="mbot_base">
		<link name="base_link">
			<visual>
				<origin xyz=" 0 0 0" rpy="0 0 0" />
				<geometry>
					<cylinder length="${base_length}" radius="${base_radius}"/>
				</geometry>
				<material name="yellow" />
			</visual>
		</link>

		<wheel prefix="left" reflect="-1"/>
		<wheel prefix="right" reflect="1"/>

		<caster prefix="front" reflect="-1"/>
		<caster prefix="back" reflect="1"/>
	</xacro:macro>
</robot>

2、解释robot_base.xacro文件

文件的前两行是每个xacro文件必须包含的。
接下来，我们定义机器人经常用到的值，使用变量进行定义，主要包括常用的参数和机器人属性，比如机器人主体圆柱体的半径大小、高度大小，差动轮圆柱体的半径大小、高度大小以及支撑轮圆柱体的半径大小、高度大小；
然后定义yellow、black、gray三种颜色；
通过宏定义机器人差动轮和支撑轮，方便代码复用。
最后定义机器人主体。

3、创建robot_camera.xacro文件

在xacro文件下，创建robot_camera.xacro文件，文件内容如下：

<?xml version="1.0"?>
<robot xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro" name="camera">
    <xacro:macro name="usb_camera" params="prefix:=camera">
        <link name="${prefix}_link">
            <visual>
                <origin xyz=" 0 0 0 " rpy="0 0 0" />
                <geometry>
                    <box size="0.01 0.04 0.04" />
                </geometry>
                <material name="black"/>
            </visual>
        </link>
    </xacro:macro>
</robot>

4、解释robot_camera.xacro文件

目前，只是定义了摄像头的外观，摄像头属性通过插件来进行定义的。

5、创建robot_lidar.xacro文件

在xacro文件下，创建robot_lidar.xacro文件，文件内容如下：

<?xml version="1.0"?>
<robot xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro" name="lidar">
	<xacro:macro name="hokuyo_lidar" params="prefix:=lidar">
			<link name="hokuyo_link">
	    		<collision>
	      			<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
	      			<geometry>
						<box size="0.1 0.1 0.1"/>
	     			</geometry>
	    		</collision>
	    		<visual>
	      			<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
	      			<geometry>
	        			<mesh filename="package://mbot_sim/meshes/hokuyo.dae"/>
	      			</geometry>
	    		</visual>
	    		<inertial>
	      			<mass value="1e-5" />
	      			<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
	      			<inertia ixx="1e-6" ixy="0" ixz="0" iyy="1e-6" iyz="0" izz="1e-6" />
	    		</inertial>
	  		</link>
	</xacro:macro>
</robot>

6、解释robot_lidar.xacro文件

定义了日本北洋hokuyo激光雷达，可以看到其中使用了hokuyo.dae文件。需要将usr/share/gazebo-9/models/hokuyo/目录中的meshes文件夹整体复制到我们的功能包mbot_sim下面。

7、创建robot.xacro文件

在xacro文件下，创建robot.xacro文件，文件内容如下：

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

    <xacro:include filename="$(find mbot_sim)/urdf/xacro/robot_base.xacro" />
    <xacro:include filename="$(find mbot_sim)/urdf/xacro/robot_camera.xacro" />
    <xacro:include filename="$(find mbot_sim)/urdf/xacro/robot_lidar.xacro" />

    <xacro:property name="camera_offset_x" value="-0.17" />
    <xacro:property name="camera_offset_y" value="0" />
    <xacro:property name="camera_offset_z" value="0.10" />
    <xacro:property name="lidar_offset_x" value="0.17" />
    <xacro:property name="lidar_offset_y" value="0" />
    <xacro:property name="lidar_offset_z" value="0.10" />
    
    <mbot_base/>
    
    <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>
    <xacro:usb_camera prefix="camera"/>

    <joint name="lidar_joint" type="fixed">
        <origin xyz="${lidar_offset_x} ${lidar_offset_y} ${lidar_offset_z}" rpy="0 0 0" />
        <parent link="base_link"/>
        <child link="lidar_link"/>
    </joint>
    <xacro:hokuyo_lidar prefix="lidar"/>

</robot>

8、解释robot.xacro文件

该文件直接调用了前面两个文件中定义的宏，对机器人进行显示设置,包含主体、轮子、摄像头和激光雷达。

三、launch启动文件

1、创建robot.launch文件

在launch文件下，创建robot.launch文件，文件内容如下：

<launch>
    <arg name="model" default="$(find xacro)/xacro --inorder '$(find mbot_sim)/urdf/xacro/robot.xacro'" />
    <arg name="gui" default="true" />

    <param name="robot_description" command="$(arg model)" />

    <param name="use_gui" value="$(arg gui)"/>

    <node name="joint_state_publisher_gui" pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" />

    <node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" />

    <node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" args="-d $(find mbot_sim)/cfg/robot.rviz" required="true" />

</launch>

2、运行robot.launch

命令如下：

roslaunch mbot_sim robot.launch

效果如下：
在这里插入图片描述

四、rviz显示

同上一篇介绍，添加RobotModel后，效果如下：
在这里插入图片描述
拖动右侧插件的滚动条，可以看到轮子的转动。

总结

该篇建立了一个移动机器人模型，添加了激光雷达，添加了摄像头，但摄像头只有外观没有设置属性，没有添加物理属性和碰撞属性。下一篇我们添加这些属性并尝试利用gazebo实现移动机器人在ROS系统中的仿真。