Xacro (XML Macro) 格式 編寫工具及流程介紹

 在 ROS + Gazebo 環境中，使用 Xacro (XML Macro) 格式來編寫機器人模型能夠提高可讀性與可重用性。下面將介紹 Xacro 編寫工具、開發流程與轉換 URDF 的步驟。

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1. Xacro 編寫工具

在撰寫 Xacro (.xacro) 文件時，可以使用以下工具：

（1）文本編輯器

你可以使用任何文字編輯器來撰寫 Xacro 文件：

• VS Code（推薦） → 可安裝 ROS Extension 來支援語法高亮。
• Sublime Text → 輕量級編輯器，適合快速修改。
• Vim / Nano → 適用於終端操作。

（2）Gazebo 與 RViz

這兩個工具可以幫助你可視化機器人的 Xacro / URDF 模型：

• Gazebo：用於物理模擬，測試機器人的行為。
• RViz：用於可視化機器人模型的結構和狀態。

（3）URDF / Xacro 轉換與檢查工具

• 檢查 Xacro 文件是否正確

  bash
  ros2 run xacro xacro --check myrobot.xacro
  

• 轉換 Xacro 為 URDF

  bash
  ros2 run xacro xacro myrobot.xacro > myrobot.urdf
  

• 檢視 URDF 結構

  bash
  check_urdf myrobot.urdf
  

• 在 RViz 渲染 URDF

  bash
  ros2 launch urdf_tutorial display.launch.py model:=myrobot.urdf
  

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2. Xacro 編寫與轉換流程

（1）建立 Xacro 文件結構

通常一個機器人的 Xacro 檔案會有以下結構：

bash
myrobot_description/
│── urdf/
│   │── myrobot.xacro  # 主 Xacro 檔案
│   │── macros.xacro   # 儲存 Xacro 巨集函式
│   │── materials.xacro # 機器人材質定義
│   │── myrobot.gazebo  # Gazebo 相關配置
│── meshes/
│   │── myrobot.dae   # 3D 模型文件
│── launch/
│   │── display.launch.py  # RViz 渲染
│   │── gazebo.launch.py   # Gazebo 模擬啟動

（2）撰寫 myrobot.xacro

Xacro 主要由 <link>、<joint>、<xacro:macro> 等組成，示例如下：

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

  <!-- 引入其他 Xacro 文件 -->
  <xacro:include filename="$(find myrobot_description)/urdf/macros.xacro"/>
  <xacro:include filename="$(find myrobot_description)/urdf/materials.xacro"/>

  <!-- 定義機器人底盤 -->
  <link name="chassis">
    <visual>
      <geometry>
        <box size="0.5 0.3 0.1"/>
      </geometry>
      <material name="blue"/>
    </visual>
  </link>

  <!-- 左右輪 -->
  <xacro:wheel name="left_wheel" joint="left_wheel_joint" />
  <xacro:wheel name="right_wheel" joint="right_wheel_joint" />

</robot>

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（3）撰寫 macros.xacro（巨集）

Xacro 允許自定義巨集函式，可以簡化重複的 link 或 joint 定義：

xml
<xacro:macro name="wheel" params="name joint">
  <link name="${name}">
    <visual>
      <geometry>
        <cylinder radius="0.05" length="0.02"/>
      </geometry>
    </visual>
  </link>

  <joint name="${joint}" type="continuous">
    <parent link="chassis"/>
    <child link="${name}"/>
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
    <axis xyz="0 1 0"/>
  </joint>
</xacro:macro>

這樣就能用：

xml
<xacro:wheel name="left_wheel" joint="left_wheel_joint"/>
<xacro:wheel name="right_wheel" joint="right_wheel_joint"/>

來簡化模型，而不需要手動寫多次 link 和 joint。

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（4）轉換 Xacro 成 URDF

當 Xacro 編寫完成後，執行：

bash
ros2 run xacro xacro myrobot.xacro > myrobot.urdf

來轉換成 URDF 格式。

如果轉換成功，可以使用以下指令檢查 URDF：

bash
check_urdf myrobot.urdf

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（5）在 Gazebo 或 RViz 測試

如果 URDF 正確，接下來可以在 Gazebo 或 RViz 測試：

在 RViz 渲染

bash
ros2 launch urdf_tutorial display.launch.py model:=myrobot.urdf

在 Gazebo 模擬

bash
ros2 launch gazebo_ros gazebo.launch.py

然後將 myrobot.urdf 加入 Gazebo 來測試模擬環境。

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3. Xacro 開發流程總結

✅ 1. 設計機器人模型

• 繪製機器人的結構，決定 link 和 joint。

✅ 2. 撰寫 Xacro

• 定義 myrobot.xacro，使用 <xacro:macro> 優化重複部分。
• 引入 materials.xacro、macros.xacro、myrobot.gazebo。

✅ 3. 轉換成 URDF

bash
ros2 run xacro xacro myrobot.xacro > myrobot.urdf
check_urdf myrobot.urdf

✅ 4. 在 Gazebo / RViz 測試

bash
ros2 launch urdf_tutorial display.launch.py model:=myrobot.urdf
ros2 launch gazebo_ros gazebo.launch.py

✅ 5. 進行調整

• 修改 Xacro 文件，重複執行 (步驟 3 ~ 4) 測試。

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4. 其他 Xacro 進階技巧

• 使用 arg 參數化模型

  xml
  <xacro:property name="wheel_radius" value="0.05"/>
  <xacro:property name="wheel_length" value="0.02"/>
  

  這樣可以統一修改機器人某些屬性。

• 條件判斷

  xml
  <xacro:if value="${use_sensor}">
    <sensor type="camera">
      ...
    </sensor>
  </xacro:if>
  

  允許根據變數來決定是否加入某些元件。

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結論

• Xacro 讓 URDF 更有結構化，避免重複編寫程式碼。
• 利用 Xacro 巨集（<xacro:macro>）可以簡化 link 和 joint 的定義。
• 開發流程：
  1. 撰寫 Xacro
  2. 轉換 URDF
  3. 測試與調整（Gazebo / RViz）
• 工具推薦：
  • VS Code + ROS Extension（開發）
  • Gazebo / RViz（可視化）
  • Xacro 轉換工具（檢查與轉換）