(兩輪小車範例)myrobot_grazbo.xml 分析

## myrobot_grazbo.xml

<?xml version="1.0"?>

<robot>

  <gazebo>

    <plugin name="differential_drive_controller" filename="libgazebo_ros_diff_drive.so">

      <legacyMode>false</legacyMode>

      <alwaysOn>true</alwaysOn>

      <updateRate>20</updateRate>

      <leftJoint>left_wheel_hinge</leftJoint>

      <rightJoint>right_wheel_hinge</rightJoint>

      <wheelSeparation>0.4</wheelSeparation>

      <wheelDiameter>0.1</wheelDiameter>

      <torque>20</torque>

      <commandTopic>cmd_vel</commandTopic>

      <odometryTopic>odom</odometryTopic>

      <odometryFrame>odom</odometryFrame>

      <robotBaseFrame>chassis</robotBaseFrame>

    </plugin>

  </gazebo>

  <gazebo reference="chassis">

      <material>Gazebo/Orange</material>

    </gazebo>

</robot>

======================================

#分析 myrobot.gazebo 文件的內容#

myrobot.gazebo 文件是一個 XML 格式的文件，與 Gazebo 模擬器有關。

它包含機器人的 Gazebo 插件配置，特別是 differential drive (差動驅動) 控制器，這通常用於兩輪驅動的機器人，如自動導航小車。

文件內容說明：

1. <robot> 標籤：這是機器人模型的主要標籤，表示這個文件是為機器人設計的。

2. <gazebo> 標籤：這個部分包含與 Gazebo 模擬相關的設定。

3. <plugin> 插件：

○ name="differential_drive_controller"：指定插件名稱，這裡使用的是 libgazebo_ros_diff_drive.so，這是 ROS (Robot Operating System) 提供的差動驅動插件。

○ <legacyMode>false</legacyMode>：表示該插件運行在非傳統模式下，適用於較新的 Gazebo 版本。

○ <alwaysOn>true</alwaysOn>：插件始終保持運行狀態。

○ <updateRate>20</updateRate>：設定更新頻率為 20 Hz。

○ <leftJoint>left_wheel_hinge</leftJoint>：指定左輪關節名稱。

○ <rightJoint>right_wheel_hinge</rightJoint>：指定右輪關節名稱。

○ <wheelSeparation>0.4</wheelSeparation>：左右輪之間的距離為 0.4 米。

○ <wheelDiameter>0.1</wheelDiameter>：輪子的直徑為 0.1 米。

○ <torque>20</torque>：設定輪子的最大扭矩為 20 Nm。

○ <commandTopic>cmd_vel</commandTopic>：機器人將透過 cmd_vel 該 ROS 訂閱主題來接收運動指令。

○ <odometryTopic>odom</odometryTopic>：機器人將透過 odom 該 ROS 主題發佈里程計資訊。

作用：

這個文件的主要作用是為 Gazebo 模擬器提供機器人差動驅動的參數設定，這樣機器人可以在模擬環境中根據 ROS 發送的速度指令 (cmd_vel) 來移動，並且回傳里程計數據 (odom)。

如果你需要修改某些參數，例如改變輪子的大小或驅動頻率，可以調整對應的 <wheelDiameter>、<updateRate> 或 <torque> 等數值。

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## myrobot.urdf

<?xml version="1.0" ?>

<!-- =================================================================================== -->

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<!-- |    EDITING THIS FILE BY HAND IS NOT RECOMMENDED                                 | -->

<!-- =================================================================================== -->

<robot name="robot" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">

  <gazebo>

    <plugin filename="libgazebo_ros_diff_drive.so" name="differential_drive_controller">

      <legacyMode>false</legacyMode>

      <alwaysOn>true</alwaysOn>

      <updateRate>20</updateRate>

      <leftJoint>left_wheel_hinge</leftJoint>

      <rightJoint>right_wheel_hinge</rightJoint>

      <wheelSeparation>0.4</wheelSeparation>

      <wheelDiameter>0.1</wheelDiameter>

      <torque>20</torque>

      <commandTopic>cmd_vel</commandTopic>

      <odometryTopic>odom</odometryTopic>

      <odometryFrame>odom</odometryFrame>

      <robotBaseFrame>chassis</robotBaseFrame>

    </plugin>

  </gazebo>

  <gazebo reference="chassis">

    <material>Gazebo/Orange</material>

  </gazebo>

  <material name="black">

    <color rgba="0.0 0.0 0.0 1.0"/>

  </material>

  <material name="blue">

    <color rgba="0.0 0.0 0.8 1.0"/>

  </material>

  <material name="green">

    <color rgba="0.0 0.8 0.0 1.0"/>

  </material>

  <material name="grey">

    <color rgba="0.2 0.2 0.2 1.0"/>

  </material>

  <material name="orange">

    <color rgba="1.0 0.423529411765 0.0392156862745 1.0"/>

  </material>

  <material name="brown">

    <color rgba="0.870588235294 0.811764705882 0.764705882353 1.0"/>

  </material>

  <material name="red">

    <color rgba="0.8 0.0 0.0 1.0"/>

  </material>

  <material name="white">

    <color rgba="1.0 1.0 1.0 1.0"/>

  </material>

  <!--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>

  <macro name="box_inertia" params="m x y z">

    <inertia  ixx="${m*(y*y+z*z)/12}" ixy = "0" ixz = "0"

      iyy="${m*(x*x+z*z)/12}" iyz = "0"

      izz="${m*(x*x+z*z)/12}"

    />

  </macro>

  <macro name="sphere_inertia" params="m r">

    <inertia  ixx="${2*m*r*r/5}" ixy = "0" ixz = "0"

      iyy="${2*m*r*r/5}" iyz = "0"

      izz="${2*m*r*r/5}"

    />

  </macro>

  <macro name="wheel" params="lr tY">

    <link name="${lr}_wheel">

      <collision>

        <origin xyz="0 0 0" rpy="0 ${PI/2} ${PI/2}" />

        <geometry>

          <cylinder length="${wheelWidth}" radius="${wheelRadius}"/>

        </geometry>

      </collision>

      <visual>

        <origin xyz="0 0 0" rpy="0 ${PI/2} ${PI/2}" />

        <geometry>

          <cylinder length="${wheelWidth}" radius="${wheelRadius}"/>

        </geometry>

        <material name="black"/>

      </visual>

      <inertial>

        <origin xyz="0 0 0" rpy="0 ${PI/2} ${PI/2}" />

        <mass value="${wheelMass}"/>

        <cylinder_inertia m="${wheelMass}" r="${wheelRadius}" h="${wheelWidth}"/>

      </inertial>

    </link>

    <gazebo reference="${lr}_wheel">

      <mu1 value="1.0"/>

      <mu2 value="1.0"/>

      <kp  value="10000000.0" />

      <kd  value="1.0" />

      <fdir1 value="1 0 0"/>

      <material>Gazebo/Black</material>

    </gazebo>

    <joint name="${lr}_wheel_hinge" type="continuous">

      <parent link="chassis"/>

      <child link="${lr}_wheel"/>

    <origin xyz="${-wheelPos+chassisLength/2} ${tY*wheelWidth/2+tY*chassisWidth/2} ${wheelRadius}" rpy="0 0 0" />

      <axis xyz="0 1 0" rpy="0 0 0" />

      <limit effort="10000" velocity="10000"/>

      <joint_properties damping="0.0" friction="0.0"/>

    </joint>

    <transmission name="${lr}_trans">

      <type>transmission_interface/SimpleTransmission</type>

      <joint name="${lr}_wheel_hinge">

        <hardwareInterface>EffortJointInterface</hardwareInterface>

      </joint>

      <actuator name="${lr}Motor">

        <hardwareInterface>EffortJointInterface</hardwareInterface>

        <mechanicalReduction>10</mechanicalReduction>

      </actuator>

    </transmission>

  </macro-->

  <link name="chassis">

    <pose>0 0 0.1 0 0 0</pose>

    <inertial>

      <mass value="10.0"/>

      <origin rpy=" 0 0 0" xyz="0.0 0 0.1"/>

      <inertia ixx="0.5" ixy="0" ixz="0" iyy="1.0" iyz="0" izz="0.1"/>

    </inertial>

    <collision name="collision">

      <geometry>

        <box size=".4 .2 .1"/>

      </geometry>

    </collision>

    <visual name="chassis_visual">

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

      <geometry>

        <box size=".4 .2 .1"/>

      </geometry>

    </visual>

    <collision name="caster_collision">

      <origin rpy=" 0 0 0" xyz="-0.15 0 -0.05"/>

      <geometry>

        <sphere radius="0.05"/>

      </geometry>

      <surface>

        <friction>

          <ode>

            <mu>0</mu>

            <mu2>0</mu2>

            <slip1>1.0</slip1>

            <slip2>1.0</slip2>

          </ode>

        </friction>

      </surface>

    </collision>

    <visual name="caster_visual">

      <origin rpy=" 0 0 0" xyz="-0.15 0 -0.05"/>

      <geometry>

        <sphere radius="0.05"/>

      </geometry>

    </visual>

  </link>

  <link name="left_wheel">

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

    <collision name="collision">

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

      <geometry>

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

      </geometry>

    </collision>

    <visual name="left_wheel_visual">

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

      <geometry>

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

      </geometry>

    </visual>

    <inertial>

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

      <mass value="5"/>

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

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

    </inertial>

  </link>

  <link name="right_wheel">

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

    <collision name="collision">

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

      <geometry>

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

      </geometry>

    </collision>

    <visual name="right_wheel_visual">

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

      <geometry>

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

      </geometry>

    </visual>

    <inertial>

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

      <mass value="5"/>

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

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

    </inertial>

  </link>

  <joint name="left_wheel_hinge" type="continuous">

    <origin rpy="0 0 0" xyz="0.1 0.15 0"/>

    <child link="left_wheel"/>

    <parent link="chassis"/>

    <axis rpy="0 0 0" xyz="0 1 0"/>

    <limit effort="100" velocity="100"/>

    <joint_properties damping="0.0" friction="0.0"/>

  </joint>

  <joint name="right_wheel_hinge" type="continuous">

    <origin rpy="0 0 0" xyz="0.1 -0.15 0"/>

    <child link="right_wheel"/>

    <parent link="chassis"/>

    <axis rpy="0 0 0" xyz="0 1 0"/>

    <limit effort="100" velocity="100"/>

    <joint_properties damping="0.0" friction="0.0"/>

  </joint>

</robot>

======================================

#分析 myrobot.urdf 文件的內容#

myrobot.urdf 文件是一個 URDF (Unified Robot Description Format) 文件，用於描述機器人的結構和屬性。

從開頭的註解來看，這個文件是由 Xacro (myrobot.xacro) 自動生成的，這表示該文件是從更高層級的 xacro 文件轉換而來，手動修改可能會被覆蓋。

分析內容

1. XML 頭部

<?xml version="1.0" ?>

這是標準的 XML 頭部。

2. Xacro 產生的文件

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<!-- |    This document was autogenerated by xacro from myrobot.xacro                  | -->

<!-- |    EDITING THIS FILE BY HAND IS NOT RECOMMENDED                                 | -->

<!-- =================================================================================== -->

這段註解表明 這個 URDF 文件是從 myrobot.xacro 轉換來的，通常建議修改 xacro 文件，而不是直接編輯 urdf。

3. 機器人名稱

<robot name="robot" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">

○ name="robot"：這是機器人的名稱。

○ xmlns:xacro：這表示它原本是使用 Xacro 擴展語法生成的。

4. Gazebo 插件

<gazebo>

  <plugin filename="libgazebo_ros_diff_drive.so">

○ libgazebo_ros_diff_drive.so：這是 Gazebo 的 ROS 差動驅動插件，與 myrobot.gazebo 內的插件類似，用於控制機器人的移動。

可能的內容與功能

URDF 文件通常包含以下內容：

1. 鏈接 (<link>)：描述機器人的不同部分，如底盤、輪子、感測器等。

2. 關節 (<joint>)：描述如何將不同的 link 連接在一起（例如輪子如何與機身連接）。

3. 慣性 (<inertial>)：描述機器人的物理屬性，如質量和慣性張量。

4. 可視化 (<visual>)：描述機器人的外觀，通常使用 .dae 或 .stl 文件來顯示 3D 模型。

5. 碰撞 (<collision>)：定義碰撞模型，用於物理模擬。

備註

1. URDF 是機器人描述的核心：

○ myrobot.urdf 定義了機器人的形狀、結構和運動學信息。

○ myrobot.gazebo 主要是 為 Gazebo 模擬提供額外的插件與參數。

2. 不要直接修改 URDF，而應修改 Xacro：

○ myrobot.urdf 是從 myrobot.xacro 生成的，因此應該編輯 myrobot.xacro，然後再重新生成 URDF。

3. 與 ROS 結合使用：

○ 這個 URDF 文件通常與 ROS (Robot Operating System) 一起使用，並通過 robot_state_publisher 來發布機器人的狀態。

4. 與 Gazebo 的關聯：

○ 這個 URDF 文件包含 Gazebo 插件，這意味著這台機器人將在 Gazebo 模擬器中運行，並可能使用 libgazebo_ros_diff_drive.so 來控制運動。

#####################################

## myrobot.xarco 

<?xml version='1.0'?>

<robot name="robot" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">

  <xacro:include filename="$(find myrobot_description)/urdf/myrobot.gazebo" />

  <xacro:include filename="$(find myrobot_description)/urdf/materials.xacro" />

  <xacro:include filename="$(find myrobot_description)/urdf/macros.xacro" />

  <link name='chassis'>

    <pose>0 0 0.1 0 0 0</pose>

    <inertial>

      <mass value="10.0"/>

      <origin xyz="0.0 0 0.1" rpy=" 0 0 0"/>

      <inertia

          ixx="0.5" ixy="0" ixz="0"

          iyy="1.0" iyz="0"

          izz="0.1"

      />

    </inertial>

    <collision name='collision'>

      <geometry>

        <box size=".4 .2 .1"/>

      </geometry>

    </collision>

    <visual name='chassis_visual'>

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

      <geometry>

        <box size=".4 .2 .1"/>

      </geometry>

    </visual>

    <collision name='caster_collision'>

      <origin xyz="-0.15 0 -0.05" rpy=" 0 0 0"/>

      <geometry>

        <sphere radius="0.05"/>

      </geometry>

      <surface>

        <friction>

          <ode>

            <mu>0</mu>

            <mu2>0</mu2>

            <slip1>1.0</slip1>

            <slip2>1.0</slip2>

          </ode>

        </friction>

      </surface>

    </collision>

    <visual name='caster_visual'>

      <origin xyz="-0.15 0 -0.05" rpy=" 0 0 0"/>

      <geometry>

        <sphere radius="0.05"/>

      </geometry>

    </visual>

  </link>

  <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>

  <link name="right_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="right_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>

  <joint type="continuous" name="left_wheel_hinge">

    <origin xyz="0.1 0.15 0" rpy="0 0 0"/>

    <child link="left_wheel"/>

    <parent link="chassis"/>

    <axis xyz="0 1 0" rpy="0 0 0"/>

    <limit effort="100" velocity="100"/>

    <joint_properties damping="0.0" friction="0.0"/>

  </joint>

  <joint type="continuous" name="right_wheel_hinge">

    <origin xyz="0.1 -0.15 0" rpy="0 0 0"/>

    <child link="right_wheel"/>

    <parent link="chassis"/>

    <axis xyz="0 1 0" rpy="0 0 0"/>

    <limit effort="100" velocity="100"/>

    <joint_properties damping="0.0" friction="0.0"/>

  </joint>

</robot>

====================================

#分析 myrobot.xacro 文件的內容#

分析 myrobot.xacro 文件

這個 Xacro (XML Macro) 文件用於生成 URDF (Unified Robot Description Format)，它提供了一種更靈活的方式來組織和管理機器人模型，並最終轉換為 myrobot.urdf。

文件內容解析

1. XML 頭部

<?xml version='1.0'?>

這是標準的 XML 宣告。

2. 機器人名稱與 Xacro 命名空間

<robot name="robot" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">

○ name="robot"：定義機器人名稱。

○ xmlns:xacro：聲明 Xacro 命名空間，使其可以使用 Xacro 擴展語法。

3. 包含其他 Xacro 文件

<xacro:include filename="$(find myrobot_description)/urdf/myrobot.gazebo" />

<xacro:include filename="$(find myrobot_description)/urdf/materials.xacro" />

<xacro:include filename="$(find myrobot_description)/urdf/macros.xacro" />

○ 這些 xacro:include 指令引入了其他 Xacro 文件：

§ myrobot.gazebo：包含與 Gazebo 相關的模擬設定，如插件配置。

§ materials.xacro：可能包含機器人的顏色、紋理和材質定義。

§ macros.xacro：可能包含一些 Xacro 巨集 (macro)，用於簡化模型的定義。

4. 機器人底盤 (chassis)

<link name='chassis'>

  <pose>0 0 0.1 0 0 0</pose>

○ <link>：表示一個獨立的機器人部件，這裡是底盤 (chassis)。

○ <pose>：設定底盤的初始位置 (x, y, z, roll, pitch, yaw)。

5. 慣性 (inertial)

<inertial>

  <mass value="10.0"/>

  <origin xyz="0.0 0 0.1" rpy="0 0 0"/>

  <inertia

  ixx="0.1"

  iyy="0.1"

  izz="0.1"

  ixy="0.0"

  ixz="0.0"

  iyz="0.0"/>

</inertial>

○ <mass value="10.0"/>：機器人的質量為 10 公斤。

○ <origin xyz="0.0 0 0.1" rpy="0 0 0"/>：設定慣性中心的位置。

○ <inertia>：定義機器人的慣性張量 (影響模擬中的物理行為)。

總結

1. myrobot.xacro 是 myrobot.urdf 的模板

○ 這個 Xacro 文件會轉換成 URDF，提供更靈活的機器人定義方式。

2. 使用 Xacro 巨集提高可讀性

○ 透過 xacro:include 引入其他文件，避免 URDF 太過冗長。

○ macros.xacro 可能包含 巨集函式，幫助重複使用組件。

3. 與 Gazebo 整合

○ myrobot.gazebo 被引入，表示這個機器人將在 Gazebo 模擬環境 中運行。

4. 定義了底盤 (chassis) 與物理屬性

○ chassis 是機器人的主體，包含慣性、質量、位置等設定。

建議與備註

• 如果你想要修改機器人的結構，應該編輯 myrobot.xacro，然後再轉換成 myrobot.urdf。

• 如果你要調整 材質，可以修改 materials.xacro。

• 如果你想要增加新的 關節 (joints) 或 零件 (links)，可以在這個文件內新增 xacro:macro 來管理它們。