URDF是机器人模型描述的统一格式，但是它却有很多缺点，比如
<link name="left_wheel_link">
<visual>
<origin xyz="0 0 0" rpy="1.5707 0 0" />
<geometry>
<cylinder radius="0.06" length = "0.025"/>
</geometry>
<material name="white">
<color rgba="1 1 1 0.9"/>
</material>
</visual>
</link>
<link name="right_wheel_link">
<visual>
<origin xyz="0 0 0" rpy="1.5707 0 0" />
<geometry>
<cylinder radius="0.06" length = "0.025"/>
</geometry>
<material name="white">
<color rgba="1 1 1 0.9"/>
</material>
</visual>
</link>
为了弥补URDF格式的这些缺点，人们提出了改进版的URDF——XACRO格式。该格式很好地解决了URDF格式的不足，使得机器人的模型描述变得更加灵活和容易。其特点如下：
<!--常量定义-->
<xacro:property name="M_PI" value="3.1415926"/>
通过xacro:property属性定义了一个名为“M_PI”的常量，其值为"3.1415926"。
【常量使用】
<!--参考系-->
<origin xyz="0 0 0" rpy="${M_PI/2} 0 0" />
常量的使用方法采用美元符==$+{}==的形式来调用。
<!--宏定义-->
<xacro:macro name="name1" params="a b c">
......
</xacro:macro>
【宏调用】
<!--宏调用-->
<xacro:name1 a="xxx" b="xxx" c="xxx" />
这里需要注意的是，从ubuntu20.04开始，xacro的宏调用需要在宏名前添加前缀xacro:，否则模型不能在rviz中正常显示。
<!--文件包含-->
<xacro:include filename="$(find mbot_description)/urdf/mbot_base_gazebo.xacro" />
为了便于模块化管理，xacro提供了文件包含的功能。这样就可以在不同的文件中对不同的部件进行建模，最后在通过文件包含进行整合。
有了xacro，我们便有了机器人描述模型。那么如何控制机器人进行一系列的物理仿真呢？这里就得引出ros_control和gazebo了。
顾名思义，ros_control就是ROS官方为开发者提供的机器人控制中间件，其中包含一系列的控制器接口、传动转置接口、硬件接口和控制器工具箱等，以便ROS可以控制我们的底层物理器件，如摄像头、电机，激光雷达等。
既然要让机器人进行物理仿真，那么如何让我们的机器人具备物理属性呢？
答案是通过gazebo标签！
我们知道，机器人的模型描述中有两个属性至关重要，那就是刚体（这里不涉及柔性器件）的惯性参数和碰撞属性。
<!--碰撞属性-->
<collision>
<!--坐标系-->
<origin xyz="0 0 0" rpy="${M_PI/2} 0 0" />
<geometry>
<!--圆柱-->
<cylinder radius="${wheel_radius}" length = "${wheel_length}"/>
</geometry>
</collision>
<!--惯性矩阵，调用宏-->
<xacro:cylinder_inertial_matrix m="${wheel_mass}" r="${wheel_radius}" h="${wheel_length}" />
这里通过collision标签定义了link的碰撞属性，接着通过调用定义好的惯性矩阵宏来配置link的惯性参数。
<gazebo reference="${prefix}_wheel_link">
<!--颜色-->
<material>Gazebo/Gray</material>
</gazebo>
通过添加gazebo标签，我们就可以将我们的模型在gazebo仿真环境中打开，reference定义了link的名字，material定义了link在gazebo中的颜色属性。
joint是指机器人的关节，link的运动起决于对应关节的转动。目前仿真模型中的关节还不具备传动属性，所以我们需要为其添加传动属性。
<transmission name="${prefix}_wheel_joint_trans">
<!--简单传动接口-->
<type>transmission_interface/SimpleTransmission</type>
<joint name="${prefix}_wheel_joint" >
<!--硬件--速度接口-->
<hardwareInterface>hardware_interface/VelocityJointInterface</hardwareInterface>
</joint>
<!--执行器-->
<actuator name="${prefix}_wheel_joint_motor">
<hardwareInterface>hardware_interface/VelocityJointInterface</hardwareInterface>
<!--传动比-->
<mechanicalReduction>1</mechanicalReduction>
</actuator>
</transmission>
在transmission标签中，我们需要设置传动接口类型type，这里设置的是简单类型；传动节点joint及其硬件接口hardwareInterface，这里设置的是速度接口；执行器actuator的硬件接口需要和上面设置的接口类型一样；设置传动比mechanicalReduction，这里设置为电机转一圈，轮子也转一圈。
为了能够在gazebo中进行物理仿真，我们还需要在xacro中添加gazebo控制器件。该控制器件主要包括一些机器人的命名空间，轮子的状态，消息，尺寸，转矩，加速度，里程计数据等。
<gazebo>
<plugin name="differential_drive_controller" filename="libgazebo_ros_diff_drive.so">
<rosDebugLevel>Debug</rosDebugLevel>
<!--广播轮子坐标-->
<publishWheelTF>true</publishWheelTF>
<robotNamespace>/</robotNamespace>
<publishTf>1</publishTf>
<!--广播轮子节点状态-->
<publishWheelJointState>true</publishWheelJointState>
<alwaysOn>true</alwaysOn>
<updateRate>100.0</updateRate>
<legacyMode>true</legacyMode>
<!--两轮差速控制-->
<leftJoint>left_wheel_joint</leftJoint>
<rightJoint>right_wheel_joint</rightJoint>
<wheelSeparation>${wheel_joint_y*2}</wheelSeparation>
<!--轮子尺寸-->
<wheelDiameter>${2*wheel_radius}</wheelDiameter>
<broadcastTF>1</broadcastTF>
<!--轮子转矩-->
<wheelTorque>30</wheelTorque>
<!--加速度-->
<wheelAcceleration>1.8</wheelAcceleration>
<!--话题-->
<commandTopic>cmd_vel</commandTopic>
<odometryFrame>odom</odometryFrame>
<odometryTopic>odom</odometryTopic>
<robotBaseFrame>base_footprint</robotBaseFrame>
</plugin>
</gazebo>
最后一个步骤，在launch启动文件中加载我们的gazebo模型，并设置好相关参数。
<launch>
<!-- 设置launch文件的参数 -->
<arg name="paused" default="false"/>
<arg name="use_sim_time" default="true"/>
<arg name="gui" default="true"/>
<arg name="headless" default="false"/>
<arg name="debug" default="false"/>
<!-- 运行gazebo仿真环境 -->
<include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch">
<arg name="debug" value="$(arg debug)" />
<arg name="gui" value="$(arg gui)" />
<arg name="paused" value="$(arg paused)"/>
<arg name="use_sim_time" value="$(arg use_sim_time)"/>
<arg name="headless" value="$(arg headless)"/>
</include>
<!-- 加载机器人模型描述参数 -->
<param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro --inorder '$(find mbot_description)/urdf/mbot_gazebo.xacro'" />
<!-- 运行joint_state_publisher节点，发布机器人的关节状态 -->
<node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" ></node>
<!-- 运行robot_state_publisher节点，发布tf -->
<node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" output="screen" >
<param name="publish_frequency" type="double" value="50.0" />
</node>
<!-- 在gazebo中加载机器人模型-->
<node name="urdf_spawner" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" respawn="false" output="screen"
args="-urdf -model mrobot -param robot_description"/>
</launch>
运行launch文件，便可以看到我们的gazebo模型啦！
这通常需要我们提前从gazebo官网下载好离线模型到本地的.gazebo/models路径下，然后便可以通过鼠标直接在gazebo仿真环境中添加我们想要的模型。
通过building editor我们可以在gazebo环境中添加墙壁，门，窗户等模型，来构造我们的物理仿真环境。
古月学院