(兩輪小車範例)解析 left_wheel (左輪) 定義

 

📌 解析 left_wheel (左輪) 定義

這段 <link name="left_wheel"> 定義了機器人的 左輪，包含：

1. 碰撞體 (collision)：物理模擬中的碰撞區域。
2. 可視化模型 (visual)：Gazebo / RViz 中的渲染外觀。
3. 慣性 (inertial)：影響物理模擬的質量與轉動慣量。

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🔍 詳細解析

1️⃣ collision (碰撞模型)

<collision name="collision">
  <origin xyz="0 0 0" rpy="0 1.5707 1.5707"/>
  <geometry>
    <cylinder radius="0.1" length="0.05"/>
  </geometry>
</collision>

📌 作用

• 定義一個 半徑 0.1m、長度 0.05m 的圓柱形 碰撞區域。
• rpy="0 1.5707 1.5707"（旋轉 90°）：
  • 1.5707 = π/2（90°），這將圓柱側放成輪子的形狀。

📌 為什麼這樣設置？

• 在 Gazebo 物理模擬 中，輪子實際是圓柱體。
• 預設情況下，圓柱的軸朝 z，但車輪需要沿 y 軸旋轉，所以我們讓它繞 x 旋轉 90°，再繞 y 旋轉 90°，這樣就能讓圓柱變成「車輪」方向。

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2️⃣ visual (外觀模型)

<visual name="left_wheel_visual">
  <origin xyz="0 0 0" rpy="0 1.5707 1.5707"/>
  <geometry>
    <cylinder radius="0.1" length="0.05"/>
  </geometry>
</visual>

📌 作用

• 與 collision 相同，這段程式碼定義了左輪在 Gazebo / RViz 的 外觀模型。
• 這裡的 <geometry> 也使用 圓柱 (cylinder) 來代表輪子，尺寸與碰撞模型一致：
  • radius="0.1" → 半徑 10cm。
  • length="0.05" → 厚度 5cm。

🚀 這裡的 visual 只影響 Gazebo/RViz 顯示，不影響物理模擬。

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3️⃣ inertial (質量與慣性)

<inertial>
  <origin xyz="0 0 0" rpy="0 1.5707 1.5707"/>
  <mass value="5"/>
  <cylinder_inertia m="5" r="0.1" h="0.05"/>
  <inertia
    ixx="1.0" ixy="0.0" ixz="0.0"
    iyy="1.0" iyz="0.0"
    izz="1.0"/>
</inertial>

📌 作用

• mass value="5" → 左輪的質量為 5kg。
• cylinder_inertia m="5" r="0.1" h="0.05"：
  • 這是 Xacro 巨集 (macro)
  • 它會計算並填入適當的慣性張量 (ixx, iyy, izz)。

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4️⃣ cylinder_inertia 巨集計算

在 macros.xacro 文件中，我們定義了 cylinder_inertia：

<macro name="cylinder_inertia" params="m r h">
  <inertia  
    ixx="${m*(3*r*r+h*h)/12}" ixy="0" ixz="0"
    iyy="${m*(3*r*r+h*h)/12}" iyz="0"
    izz="${m*r*r/2}"
  />
</macro>

根據 m=5kg、r=0.1m、h=0.05m 代入：

ixx = iyy = (5 * (3 * 0.1^2 + 0.05^2) / 12) = 0.0131
izz = (5 * 0.1^2 / 2) = 0.025

所以 真正的慣性數值應該是：

<inertia
  ixx="0.0131" ixy="0.0" ixz="0.0"
  iyy="0.0131" iyz="0.0"
  izz="0.025"/>

但是目前的代碼是：

<inertia
  ixx="1.0" ixy="0.0" ixz="0.0"
  iyy="1.0" iyz="0.0"
  izz="1.0"/>

這代表：

• 可能 沒有使用 cylinder_inertia 計算，而是手動設定（不合理）。
• 建議修改成 cylinder_inertia 的計算結果，以符合物理模擬。

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✅ 這段代碼的總結

部分	作用	細節
collision (碰撞體)	物理碰撞	圓柱 (radius=0.1, length=0.05)，旋轉 90° 變成輪子方向
visual (外觀)	Gazebo / RViz 顯示	與 collision 相同，影響機器人外觀
inertial (慣性張量)	物理模擬	質量 5kg，應該使用 cylinder_inertia 計算慣性

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🚀 建議修改

1️⃣ 修正 inertia

目前的 inertia 手動設定為 1.0，但應該用 cylinder_inertia 自動計算：

修改前

<inertia
  ixx="1.0" ixy="0.0" ixz="0.0"
  iyy="1.0" iyz="0.0"
  izz="1.0"/>

修改後

<xacro:cylinder_inertia m="5" r="0.1" h="0.05"/>

這樣會自動計算並填入正確的 ixx、iyy、izz 值。

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2️⃣ 確保 rpy 旋轉方向正確

目前的 rpy="0 1.5707 1.5707"：

• 如果輪子方向不對，可能只需要 旋轉 90° (1.5707) 或 -90° (-1.5707)。

可以測試：

<origin xyz="0 0 0" rpy="0 1.5707 0"/>

這樣可能會讓輪子與底盤對齊更自然。

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🎯 總結

這段 <link name="left_wheel"> 代碼為機器人的左輪，主要：

• 使用 cylinder 作為碰撞體與可視化模型。
• 旋轉 90° 讓圓柱變成輪子。
• 質量為 5kg，但慣性數據可能需要修正。
• 應該用 cylinder_inertia 計算正確的 inertia，而不是手動設定 1.0。

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  <link name="left_wheel">

    <!--origin xyz="0.1 0.13 0.1" rpy="0 1.5707 1.5707"/-->

    <collision name="collision">

      <origin xyz="0 0 0" rpy="0 1.5707 1.5707"/>

      <geometry>

        <cylinder radius="0.1" length="0.05"/>

      </geometry>

    </collision>

    <visual name="left_wheel_visual">

      <origin xyz="0 0 0" rpy="0 1.5707 1.5707"/>

      <geometry>

        <cylinder radius="0.1" length="0.05"/>

      </geometry>

    </visual>

    <inertial>

      <origin xyz="0 0 0" rpy="0 1.5707 1.5707"/>

      <mass value="5"/>

      <cylinder_inertia m="5" r="0.1" h="0.05"/>

      <inertia

        ixx="1.0" ixy="0.0" ixz="0.0"

        iyy="1.0" iyz="0.0"

        izz="1.0"/>

    </inertial>

  </link>