URDF : Using Xacro to clean up your code

Using Xacro to clean up your code — ROS 2 Documentation: Jazzy documentation

Using Xacro to clean up your code — ROS 2 Documentation: Jazzy documentation

 

Xacro

• 로봇 모델을 효율적으로 작성하기 위해서 사용되는 XML 기반 매크로 언어이다. 
  복잡한 로봇 모델을 더 간결하고 재사용 가능하게 해준다.
• 사용하는 이유
  • URDF 파일은 로봇의 link , joint , sensor 등을 정의하는 데 사용하지만, 복잡한 구조를 가진 로봇의 경우에는 많은 중복되는 코드가 생긴다. 이때 Xacro를 사용하면, 매크로 기능으로 중복을 줄이고 유지보수가 용이하게 할 수 있다.

 

 

Goal

• URDF 코드안에서 중복되는 부분을 줄이기 위해서 Xacro를 사용해볼 것 이다. 
• 앞의 URDF의 예제를 보면 간단한 로봇을 만들기 위해서 수많은 수학 계산을 하였다.
  다행히도, Xacro를 사용하면 이러한 작업을 더 간단하게 할수있다.
  Xacro는 아래 3가지의 유용한 기능을 제공한다.
  • 1. constants 상수
  • 2. simple math 간단한 수학 연산
  • 3. macros 매크로
• 이번 튜토리얼에서는 이러한 기능들을 살펴보면 URDF 파일의 크기를 줄이고, 읽기와 유지 보수를 더 쉽게 만들어보자.

 

Using Xacro

• 이름에서도 알수있듯이, Xacro는 XML을 위한 매크로 언어이다.
  Xacro 프로그램은 모든 매크로를 실행한 후 결과를 출력한다.
• 아래의 코드는 기본적인 사용법이다.

xacro model.xacro > model.urdf

• 또한, Launch 파일 내에서도 URDF를 자동으로 생성하는 것이 가능하다.
  이렇게 한다면 항상 최신 상태를 유지할 수 있으며 디스크 공간도 절약하는 것이 가능하다.
  • 대신에 URDF를 생성하는데 시간이 소요되니, Launch파일 시작이 약간 지연 될수도 있다.
• Launch 파일에서 Xacro를 실행하려면 아래와 같은 형식으로 입력하면 된다.

from launch import LaunchDescription
from launch_ros.actions import Node
from launch.substitutions import Command
from launch_ros.substitutions import FindPackageShare
from launch_ros.parameter_descriptions import ParameterValue

# urdf 파일의 경로를 정의
# turtlebot_3_burger 패키지의 urdf 폴더안의 turtlebot3_burger.urdf를 가르킨다.
# FindPackageShare은 패키지의 경로를 찾는것
path_to_urdf = FindPackageShare('turtlebot3_description') / 'urdf' / 'turtlebot3_burger.urdf'

# robot_state_publisher 노드를 생성
# 해당 노드는 URDF파일을 읽고 로봇의 상태 정보를 publish하는 역할을 한다.
robot_state_publisher_node = Node(
    package='robot_state_publisher', # 사용하려는 패키지
    executable='robot_state_publisher', # 실행할 노드 이름
    parameters=[{ # 노드에 전달한 매개 변수 설정 
        'robot_description': ParameterValue( # URDF을 담는 매개변수 이름
            Command(['xacro ', str(path_to_urdf)]), value_type=str
        )
    }]
)

 

• 간편하게 load하는 방법: urdf_launch 패키지를 사용하면 Xacro/URDF를 자동으로 불러올 수 있다.

from launch import LaunchDescription
from launch.actions import IncludeLaunchDescription
from launch.substitutions import PathJoinSubstitution
from launch_ros.substitutions import FindPackageShare

def generate_launch_description():
    ld = LaunchDescription()

    ld.add_action(IncludeLaunchDescription(
        PathJoinSubstitution([FindPackageShare('urdf_launch'), 'launch', 'display.launch.py']),
        launch_arguments={
            'urdf_package': 'turtlebot3_description',
            'urdf_package_path': PathJoinSubstitution(['urdf', 'turtlebot3_burger.urdf'])
        }.items()
    ))
    return ld

 

• Xacro 파일의 기본 구조
  • URDF 파일의 상단에는 namespace를 지정해야 파일이 올바르게 parsing된다.
    아래는 예시...

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

 

 

 

 

Constants 상수

• URDF는 아래와 같이 같은 값을 여러번 반복해야 할수도있다.
  
  • 아래 코드는 length와 radius를 2번 정의하였다.

• 아래 코드를 보면 위에서 반복한 부분을 <xacro:property name="width" value="0.2" />와 <xacro:property name="bodylen" value="0.6" />을 사용하여 코드를 개선하였다.
  • ${}를 사용하여 정의된 속성의 값을 사용한다.

 

 

 

 

Math 수학연산

• Xacro는 기본적인 수학 연산(+,-,*,/)을 지원한다.
  • 삼각함수도 사용 가능

 

 

 

Macros 매크로

• 이는 코드의 재사용성을 높여준다.
• 아래는 간단한 매크로이다.

간단한 매크로

• 아래는 파라미터 매크로이다. 이렇게 하면 좀 더 유연하게 구성하는 것이 가능하다.
  • <xacro:default_inertial mass="10" /> 과 같은 형식으로 사용한다.

• 이렇게도 사용가능

<xacro:macro name="leg" params="prefix reflect">
    <link name="${prefix}_leg">
        <visual>
            <geometry>
                <box size="${leglen} 0.1 0.2"/>
            </geometry>
            <origin xyz="0 0 -${leglen/2}" rpy="0 ${pi/2} 0"/>
            <material name="white"/>
        </visual>
        <collision>
            <geometry>
                <box size="${leglen} 0.1 0.2"/>
            </geometry>
            <origin xyz="0 0 -${leglen/2}" rpy="0 ${pi/2} 0"/>
        </collision>
        <xacro:default_inertial mass="10"/>
    </link>

    <joint name="base_to_${prefix}_leg" type="fixed">
        <parent link="base_link"/>
        <child link="${prefix}_leg"/>
        <origin xyz="0 ${reflect*(width+0.02)} 0.25" />
    </joint>
</xacro:macro>

<xacro:leg prefix="right" reflect="1" />
<xacro:leg prefix="left" reflect="-1" />