Xacro

XML Macros

Xacro 的英文全称是 XML Macros，它是 ROS 生态中用于生成 URDF 的一种宏语言与预处理工具，主要目的是在保持 URDF 语义不变的前提下，提高机器人模型描述的抽象层次、可维护性与可复用性。

从本质上看，Xacro 并不是一种新的机器人建模格式，而是对 XML 的一种宏扩展机制。Xacro 文件在语法结构上仍然遵循 XML 规范，其最终产物依然是标准的 URDF（Unified Robot Description Format）。在 ROS 系统中，Xacro 会在运行前或加载模型时被展开并转换为 URDF，因此下游工具如 RViz、Gazebo、MoveIt 并不直接感知 Xacro 的存在。

Xacro 的核心思想是通过参数化、宏定义与表达式计算，将原本在 URDF 中大量重复、硬编码的结构抽象出来。例如，在多关节串联机构中，连杆的几何属性、惯性参数与关节连接形式往往高度相似，直接使用 URDF 描述会导致冗长且难以维护的文件。通过 Xacro，可以定义一个宏来描述“标准连杆—关节单元”，并通过参数传入长度、质量、坐标偏置等变量，从而在保持物理意义清晰的同时显著减少冗余。

在语义层面，Xacro 主要扩展了三类能力。

• 第一是宏（macro）机制，即通过可复用的结构模板生成 XML 片段，这使得机器人结构具备类似函数调用的模块化特征。
• 第二是参数与属性系统，通过参数传递与属性替换，使模型描述从“常量描述”转变为“符号化描述”。
• 第三是表达式计算能力，Xacro 支持在属性中嵌入数学表达式，用于描述尺寸、位姿和惯性参数之间的确定性关系，从而在数学上保证模型的一致性。

在建模实践中，Xacro 尤其适用于以下场景：多自由度串联或并联机构、左右对称结构、需要在不同配置之间快速切换的机器人平台，以及对惯性与几何参数具有明确函数关系的系统。通过 Xacro，可以将机器人模型的结构参数与数值参数解耦，使模型既具备工程可调性，又不牺牲物理严谨性。

需要强调的是，Xacro 并不会引入新的动力学或运动学假设。机器人系统的运动学拓扑、质量分布和约束条件仍然完全由最终生成的 URDF 决定。换言之，Xacro 是一种工程层面的建模工具，而不是理论层面的模型定义语言。其价值在于将复杂系统的描述过程形式化、模块化，并降低模型演化过程中的认知与维护成本。