URDF(描述机器人模型)和SDF(Gazebo中用于描述仿真环境)

wdxylb2024-12-03 8:33
使用URDF（Unified Robot Description Format）

URDF是ROS中用于描述机器人模型的XML格式文件。你可以使用XML文件定义机器人的几何形状、惯性参数、关节和链接等。

示例URDF文件（my_robot.urdf）：

复制代码 
<?xml version="1.0"?>
<robot name="my_robot">
  <link name="base_link">
    <visual>
      <geometry>
        <box size="0.5 0.5 0.2"/>
      </geometry>
      <material name="blue">
        <color rgba="0 0 1 1"/>
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <geometry>
        <box size="0.5 0.5 0.2"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <mass value="10"/>
      <inertia ixx="1" ixy="0" ixz="0" iyy="1" iyz="0" izz="1"/>
    </inertial>
  </link>

  <joint name="base_to_arm" type="fixed">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="arm_link"/>
    <origin xyz="0 0 0.2"/>
  </joint>

  <link name="arm_link">
    <visual>
      <geometry>
        <cylinder radius="0.05" length="0.5"/>
      </geometry>
      <material name="red">
        <color rgba="1 0 0 1"/>
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <geometry>
        <cylinder radius="0.05" length="0.5"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <mass value="2"/>
      <inertia ixx="0.1" ixy="0" ixz="0" iyy="0.1" iyz="0" izz="0.1"/>
    </inertial>
  </link>
</robot>
使用SDF（Simulation Description Format）

SDF是Gazebo中用于描述仿真环境的XML格式文件。你可以使用SDF定义仿真世界、机器人模型、传感器等。

示例SDF文件（my_world.world）：

复制代码 
<?xml version="1.0"?>
<sdf version="1.6">
  <world name="default">
    <include>
      <uri>model://ground_plane</uri>
    </include>

    <include>
      <uri>model://sun</uri>
    </include>

    <model name="my_robot">
      <pose>0 0 0.1 0 0 0</pose>
      <link name="base_link">
        <collision name="base_collision">
          <geometry>
            <box>
              <size>0.5 0.5 0.2</size>
            </geometry>
        </collision>
        <visual name="base_visual">
          <geometry>
            <box>
              <size>0.5 0.5 0.2</size>
            </geometry>
          <material>
            <ambient>0 0 1 1</ambient>
            <diffuse>0 0 1 1</diffuse>
          </material>
        </visual>
        <inertial>
          <mass>10</mass>
          <inertia>
            <ixx>1</ixx>
            <ixy>0</ixy>
            <ixz>0</ixz>
            <iyy>1</iyy>
            <iyz>0</iyz>
            <izz>1</izz>
          </inertia>
        </inertial>
      </link>
      <link name="arm_link">
        <collision name="arm_collision">
          <geometry>
            <cylinder>
              <radius>0.05</radius>
              <length>0.5</length>
            </cylinder>
          </geometry>
        </collision>
        <visual name="arm_visual">
          <geometry>
            <cylinder>
              <radius>0.05</radius>
              <length>0.5</length>
            </cylinder>
          </geometry>
          <material>
            <ambient>1 0 0 1</ambient>
            <diffuse>1 0 0 1</diffuse>
          </material>
        </visual>
        <inertial>
          <mass>2</mass>
          <inertia>
            <ixx>0.1</ixx>
            <ixy>0</ixy>
            <ixz>0</ixz>
            <iyy>0.1</iyy>
            <iyz>0</iyz>
            <izz>0.1</izz>
          </inertia>
        </inertial>
      </link>
      <joint name="base_to_arm" type="fixed">
        <parent>base_link</parent>
        <child>arm_link</child>
        <pose>0 0 0.2 0 0 0</pose>
      </joint>
    </model>
  </world>
</sdf>

下面是一个包含GNSS（全球导航卫星系统）、IMU（惯性测量单元）、LiDAR（激光雷达）和Camera（摄像头）等多种传感器的机器人的.xacro模型文件示例。我们将使用Xacro（XML Macros）来简化模型描述。

1. 创建my_robot.xacro文件

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

  <!-- Robot base link -->
  <link name="base_link">
    <visual>
      <geometry>
        <box size="0.5 0.5 0.2"/>
      </geometry>
      <material name="blue">
        <color rgba="0 0 1 1"/>
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <geometry>
        <box size="0.5 0.5 0.2"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <mass value="10"/>
      <inertia ixx="1" ixy="0" ixz="0" iyy="1" iyz="0" izz="1"/>
    </inertial>
  </link>

  <!-- GNSS Sensor -->
  <xacro:macro name="gnss_sensor" params="parent xyz rpy">
    <link name="gnss_link">
      <visual>
        <geometry>
          <box size="0.05 0.05 0.02"/>
        </geometry>
        <material name="green">
          <color rgba="0 1 0 1"/>
        </material>
      </visual>
      <collision>
        <geometry>
          <box size="0.05 0.05 0.02"/>
        </geometry>
      </collision>
      <inertial>
        <mass value="0.1"/>
        <inertia ixx="0.001" ixy="0" ixz="0" iyy="0.001" iyz="0" izz="0.001"/>
      </inertial>
    </link>
    <joint name="gnss_joint" type="fixed">
      <parent link="${parent}"/>
      <child link="gnss_link"/>
      <origin xyz="${xyz}" rpy="${rpy}"/>
    </joint>
  </xacro:macro>

  <!-- IMU Sensor -->
  <xacro:macro name="imu_sensor" params="parent xyz rpy">
    <link name="imu_link">
      <visual>
        <geometry>
          <box size="0.05 0.05 0.02"/>
        </geometry>
        <material name="yellow">
          <color rgba="1 1 0 1"/>
        </material>
      </visual>
      <collision>
        <geometry>
          <box size="0.05 0.05 0.02"/>
        </geometry>
      </collision>
      <inertial>
        <mass value="0.1"/>
        <inertia ixx="0.001" ixy="0" ixz="0" iyy="0.001" iyz="0" izz="0.001"/>
      </inertial>
    </link>
    <joint name="imu_joint" type="fixed">
      <parent link="${parent}"/>
      <child link="imu_link"/>
      <origin xyz="${xyz}" rpy="${rpy}"/>
    </joint>
  </xacro:macro>

  <!-- LiDAR Sensor -->
  <xacro:macro name="lidar_sensor" params="parent xyz rpy">
    <link name="lidar_link">
      <visual>
        <geometry>
          <cylinder radius="0.05" length="0.1"/>
        </geometry>
        <material name="gray">
          <color rgba="0.5 0.5 0.5 1"/>
        </material>
      </visual>
      <collision>
        <geometry>
          <cylinder radius="0.05" length="0.1"/>
        </geometry>
      </collision>
      <inertial>
        <mass value="0.5"/>
        <inertia ixx="0.01" ixy="0" ixz="0" iyy="0.01" iyz="0" izz="0.01"/>
      </inertial>
    </link>
    <joint name="lidar_joint" type="fixed">
      <parent link="${parent}"/>
      <child link="lidar_link"/>
      <origin xyz="${xyz}" rpy="${rpy}"/>
    </joint>
  </xacro:macro>

  <!-- Camera Sensor -->
  <xacro:macro name="camera_sensor" params="parent xyz rpy">
    <link name="camera_link">
      <visual>
        <geometry>
          <box size="0.03 0.03 0.03"/>
        </geometry>
        <material name="black">
          <color rgba="0 0 0 1"/>
        </material>
      </visual>
      <collision>
        <geometry>
          <box size="0.03 0.03 0.03"/>
        </geometry>
      </collision>
      <inertial>
        <mass value="0.2"/>
        <inertia ixx="0.001" ixy="0" ixz="0" iyy="0.001" iyz="0" izz="0.001"/>
      </inertial>
    </link>
    <joint name="camera_joint" type="fixed">
      <parent link="${parent}"/>
      <child link="camera_link"/>
      <origin xyz="${xyz}" rpy="${rpy}"/>
    </joint>
  </xacro:macro>

  <!-- Instantiate sensors -->
  <xacro:gnss_sensor parent="base_link" xyz="0.25 0 0.1" rpy="0 0 0"/>
  <xacro:imu_sensor parent="base_link" xyz="0.25 0 0.15" rpy="0 0 0"/>
  <xacro:lidar_sensor parent="base_link" xyz="0.25 0 0.2" rpy="0 0 0"/>
  <xacro:camera_sensor parent="base_link" xyz="0.25 0 0.25" rpy="0 0 0"/>

</robot>

2. 将.xacro文件转换为.urdf文件

您可以使用以下命令将.xacro文件转换为.urdf文件：

复制代码 
rosrun xacro xacro --inorder my_robot.xacro > my_robot.urdf

3. 在Gazebo中加载模型

创建一个.world文件（例如my_world.world）并包含您的机器人模型：

复制代码 
<?xml version="1.0"?>
<sdf version="1.6">
  <world name="default">
    <include>
      <uri>model://ground_plane</uri>
    </include>
    <include>
      <uri>model://sun</uri>
    </include>
    <model name="my_robot">
      <include>
        <uri>model://my_robot</uri>
      </include>
    </model>
  </world>
</sdf>

然后在终端中运行：

复制代码 
roslaunch gazebo_ros empty_world.launch world_name:=my_world.world
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