什么是SDF?
SDF是一种XML格式,能够描述机器人、静态和动态物体、照明、地形甚至物理学的各方面的信息。SDF可以精确描述机器人的各类性质,除了传统的运动学特性之外,还可以为机器人定义传感器、表面属性、纹理、关节摩擦等;SDF还提供了定义各种环境的方法。包括环境光照、地形,OpenStreetMaps 中的街道以及The Prop Shop中提供的任何模型。
SDF定义机器人
SDF定义环境
SDF和URDF的区别
SDF和URDF都是基于XML的机器人描述格式。区别在于URDF只能描述单个机器人的运动和动态属性,而无法描述环境信息,也不支持多机器人、闭链(并联)机器人;SDF是相对更新的格式,它可以包含从世界环境到机器人属性相关的全部信息,且支持闭链结构。
尽管SDF格式具备更明显的优点,Gazebo官方也主推SDF格式,甚至已经下架了部分关于URDF的教程。但到目前为止,大多数网络上能找到的中文ROS教程仍然是基于URDF的,部分插件工具也只支持URDF。因此,在选择机器人描述格式时,如果对自己的开发能力有信心且有长期做Gazebo仿真开发的打算,或必须要用到闭链结构的机器人,推荐使用SDF格式;如果是刚入门的新手,还是建议采用教学资源更加丰富的URDF/XACRO格式建立自己的机器人。
SDF格式规范
世界环境(world)的基本结构
前面说到,SDF既可以描述环境信息,也可以描述机器人本身的信息。我们以一个典型的世界文件 example.world看一看SDF世界环境文件的基本结构。为了便于浏览,下面的文件中我删除了三级以上的标签,完整的文件见我的项目:
XM522706601/robotics_tutorial_for_zhihugithub.com
<sdf version='1.6'>
<world name='default'>
<model name='ground_plane'>
定义地面环境
</model>
<light name='sun' type='directional'>
定义环境光照
</light>
<gui fullscreen='0'>
定义界面参数,如用户相机视角的相关参数
</gui>
<gravity> 定义重力加速度 </gravity>
<magnetic_field> 定义磁场 </magnetic_field>
<atmosphere type='adiabatic'/> 定义大气环境
<physics name='default_physics' default='0' type='ode'>
定义物理参数,主要是仿真求解参数
</physics>
<scene>
定义场景参数,包括环境、背景、阴影等
</scene>
<spherical_coordinates>
定义球坐标系,包括类型、海拔、经度、纬度、航向角等(作用暂未知)
</spherical_coordinates>
<model name='unit_box'>
自定义机器人或物体模型
</model>
<state world_name='default'>
定义世界状态,包括仿真时间、真实时间、墙上时间以及各模型的位姿参数等
</state>
</world>
</sdf>
可以看到,SDF格式的环境文件对环境参数做了详细的定义。而更多的机器人或者物体模型,可以利用<model>标签来插入。
模型标签(model)的基本结构
我们的机器人或者其它物体都是以模型标签<model>进行定义并插入到环境中的。下面以一个简单的正方体为例,说明<model>标签的基本结构。
<model name='unit_box'>
<pose frame=''>0.357849 -0.310577 0.5 0 -0 0</pose>
<link name='link'>
<inertial>
惯性参数,包括质量、惯量等
</inertial>
<collision name='collision'>
碰撞参数,用于碰撞检测
</collision>
<visual name='visual'>
可视化参数,用于显示
</visual>
<self_collide>是否检测自碰撞</self_collide>
<enable_wind>是否受到风的影响</enable_wind>
<kinematic>运动学</kinematic>
</link>
</model>
SDF格式中的<model>标签和URDF的<robot>标签结构基本一致,但细节略有不同。每个标签的细节信息,我们可以查阅官方规范文档:http://sdformat.org/spec ,文档分层图表的形式进行说明,查询十分方便。
SDF官方规范文档
SDF文件的使用
SDF格式的world文件既可以利用终端单独加载到gazebo中,也可以利用ros的launch文件进行启动。举例说明,先将example.world下载到Documents目录下。
(1)终端加载
打开一个新终端,执行如下命令:
cd ~/Documents/
gazebo example.world
即可启动gazebo并加载example.world文件:
(2)roslaunch加载
在大型项目中,我们更习惯用launch文件一次性加载模型、控制器、节点等文件。SDF文件同样可以在launch文件中加载。在launch文件中添加如下代码:
<launch>
<include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch">
<arg name="world_name" value="<your_world>.world"/>
</include>
</launch>
<your_world>即为world文件所在的完整路径,例如:
<launch>
<include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch">
<arg name="world_name" value="~/Documents/example.world"/>
</include>
</launch>
然后用roslaunch启动launch文件即可。
参考文献