gz sim机器人SDF模型 [持续更新]

news2025/4/22 3:53:46

机器人SDF模型

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    • 话题信息通信
    • 键盘操作plugin
  • Sensor传感器
    • imu

不算教学，个人的记录

sdf的格式跟urdf有所不同，必须是完整的一个包括，比如< pose></ pose>这样前一个后一个，urdf中是有< orign xyz=‘0 0 0’ rpy=‘0 0 0’>的写法的，也就是没< orign>< /orign>这样写。sdf中需要注意。

下面是一个两轮小车的模型sdf文件，算是一个标准基础例子。

<?xml version='1.0'?>
<sdf version='1.9'>
  <model name='diff_drive_robot'>
    <!-- 主车身（立方体） -->
    <link name='base_link'>
    <!-- 这个pose写的是右轮在整个model的零点的相对位置 -->
      <pose>1 0 0 0 0 0</pose>
      <!-- 物理属性必须要写，urdf中是可以不写的 -->
      <inertial>
        <mass>5.0</mass>
        <inertia>
          <ixx>0.104167</ixx>
          <ixy>0</ixy>
          <ixz>0</ixz>
          <iyy>0.104167</iyy>
          <iyz>0</iyz>
          <izz>0.083333</izz>
        </inertia>
      </inertial>
      <collision name='base_collision'>
        <geometry>
          <box>
            <size>0.3 0.2 0.1</size> <!-- 长宽高：30cm x 20cm x 10cm -->
          </box>
        </geometry>
        <surface>
          <friction>
            <ode>
              <mu>0.5</mu>
              <mu2>0.5</mu2>
            </ode>
          </friction>
        </surface>
      </collision>
      <visual name='base_visual'>
        <geometry>
          <box>
            <size>0.3 0.2 0.1</size>
          </box>
        </geometry>
        <material>
          <ambient>0.8 0.2 0.2 1</ambient>
          <diffuse>0.8 0.2 0.2 1</diffuse>
        </material>
      </visual>
    </link>

    <!-- 左轮 -->
    <link name='left_wheel'>
      <inertial>
        <mass>1.0</mass>
        <inertia>
          <ixx>0.05</ixx>
          <ixy>0</ixy>
          <ixz>0</ixz>
          <iyy>0.05</iyy>
          <iyz>0</iyz>
          <izz>0.1</izz>
        </inertia>
      </inertial>
      <collision name='left_wheel_collision'>
        <geometry>
          <cylinder>
            <radius>0.1</radius>  <!-- 轮径20cm -->
            <length>0.05</length> <!-- 厚度5cm -->
          </cylinder>
        </geometry>
      </collision>
      <visual name='left_wheel_visual'>
        <geometry>
          <cylinder>
            <radius>0.1</radius>
            <length>0.05</length>
          </cylinder>
        </geometry>
        <material>
          <ambient>0.3 0.3 0.3 1</ambient>
          <diffuse>0.3 0.3 0.3 1</diffuse>
        </material>
      </visual>
    </link>
    
    <joint name='left_wheel_joint' type='revolute'>
      <parent>base_link</parent>
      <child>left_wheel</child>
      <axis>
        <xyz>0 1 0</xyz> <!-- Y轴为旋转轴 -->
        <limit>
          <lower>-1e9</lower> <!-- 无限旋转 -->
          <upper>1e9</upper>
        </limit>
      </axis>
      <pose>-0.15 0 -0.05 0 0 0</pose> <!-- 左偏移15cm -->
    </joint>

    <!-- 右轮（结构与左轮对称） -->
    <link name='right_wheel'>
       <!-- 这个pose写的是右轮在整个model的零点的相对位置，如果加了relative_to=‘base_link’，那就是相对base_link的位置 -->
      <pose>1 0 0 0 0 0</pose>
      <inertial>
        <mass>1.0</mass>
        <inertia>
          <ixx>0.05</ixx>
          <ixy>0</ixy>
          <ixz>0</ixz>
          <iyy>0.05</iyy>
          <iyz>0</iyz>
          <izz>0.1</izz>
        </inertia>
      </inertial>
      <collision name='right_wheel_collision'>
        <geometry>
          <cylinder>
            <radius>0.1</radius>  <!-- 轮径20cm -->
            <length>0.05</length> <!-- 厚度5cm -->
          </cylinder>
        </geometry>
      </collision>
      <visual name='right_wheel_visual'>
        <geometry>
          <cylinder>
            <radius>0.1</radius>
            <length>0.05</length>
          </cylinder>
        </geometry>
        <material>
          <ambient>0.3 0.3 0.3 1</ambient>
          <diffuse>0.3 0.3 0.3 1</diffuse>
        </material>
      </visual>
    </link>
    
    <joint name='right_wheel_joint' type='revolute'>
      <parent>base_link</parent>
      <child>right_wheel</child>
      <axis>
        <xyz>0 1 0</xyz> <!-- Y轴为旋转轴 -->
        <limit>
          <lower>-1e9</lower> <!-- 无限旋转 -->
          <upper>1e9</upper>
        </limit>
      </axis>
      <pose>0.15 0 -0.05 0 0 0</pose> <!-- 左偏移15cm -->
    </joint>
    
  </model>
</sdf>

查看sdf文件是否有效，gazebo能检测到并且输出
在这里插入图片描述

link

link的一级pose

给了base_link和左轮右轮的pose，这是相对整个model的零点的位置，也就是左轮的0 0 0 0 0 0处，因为三个link都是写在了< model> < /model>中，所以 也是相对模型零点的位置。

    <link name='base_link'>
      <pose>0 0 1 0 0 0</pose>

    <link name='left_wheel'>
      <pose>0 0 0 0 0 0</pose>

    <link name='right_wheel'>
      <pose>1 0 0 0 0 0</pose>

在这里插入图片描述
整体都有位移，三个都改为0 0 1 0 0 0了
在这里插入图片描述
一般机器人都是写的有关节和链接，如果只用pose表示相对位置，只改了一个部件，那这个部件就会相对整个机器人发生位移，但是这个部件的子链接又没有位移就会扰乱了机器人模型，所以对一个完整的机器人，我会在pose里写一个relative_to=‘’

    <link name='left_wheel'>
      <pose relative_to='base_link'>0 -0.125 0 1.57 0 0</pose>

    <link name='right_wheel'>
      <pose relative_to='base_link'>0 0.125 0 1.57 0 0</pose>

在这里插入图片描述

材质

材质文件的保存形式，原来的sdf文件没定义纹理，可以自己创建material文件夹以及下面的scripts文件夹写纹理脚本文件，texture文件夹是纹理图片。
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
两种写法

        <script>
                <uri>model://B2Z1/materials/scripts/gazebo.material</uri>
                <name>Gazebo/Grey</name>
        </script>
        <!-- 只要求显示的话可以自己写，也不用脚本 -->
        <material>
          <shader type='pixel'/>
          <ambient>0.3 0.3 0.3 1</ambient>
          <diffuse>1 1 1 1</diffuse>
          <specular>1 1 1 1</specular>
          <emissive>0 0 0 1</emissive>
          <shininess>90</shininess>
        </material>

在这里插入图片描述

plugin

常见插件类型

  1. 传感器插件（如摄像头、激光雷达）
  2. 控制器插件（关节控制、机器人运动控制）
  3. 物理引擎插件（自定义物理行为）
  4. 系统插件（全局逻辑，如环境光照控制）

话题信息通信

为了与ros2进行通信的功能，写plugin引出gz topic话题，然后转换成ros2 topic话题
在这里插入图片描述
到官方文档中查看可以使用的接口
gz::sim::systems Namespace Reference
在这里插入图片描述
看到joint的控制器这里，可以看到给出了sdf中可写的内容
在这里插入图片描述

  <!-- JointController 插件 -->
  <plugin name="joint_controller" filename="gz-sim-joint-controller-system">
    <!-- 必须参数 -->
    <joint_name>your_joint</joint_name>  <!-- 要控制的关节名称 -->

    <!-- 可选参数 -->
    <use_force_commands>false</use_force_commands>  <!-- 是否使用力控制模式，默认 velocity 模式 -->
    <use_actuator_msg>false</use_actuator_msg>     <!-- 是否使用 actuator 消息，默认 false -->
    <actuator_number>0</actuator_number>           <!-- 执行器索引，默认 0 -->
    <topic>/your_topic</topic>                     <!-- 命令话题，默认自动生成 -->
    <sub_topic>your_subtopic</sub_topic>           <!-- 子话题，默认自动生成 -->
    <initial_velocity>0</initial_velocity>         <!-- 初始速度 -->

    <!-- 力控制模式下的 PID 参数（可选） -->
    <p_gain>1.0</p_gain>
    <i_gain>0.0</i_gain>
    <d_gain>0.0</d_gain>
    <i_max>1.0</i_max>
    <i_min>-1.0</i_min>
    <cmd_max>1000.0</cmd_max>
    <cmd_min>-1000.0</cmd_min>
    <cmd_offset>0.0</cmd_offset>
  </plugin>

找到插件文件的存放路径发现这里有插件，在plugin中的filename填的就是插件文件名的部分，去掉lib和.so的格式

filename=“gz-sim-joint-controller-system” → 实际加载的库文件为 libgz-sim-joint-controller-system.so

在这里插入图片描述
能实现外部与仿真模型进行消息控制，< topic>和< sub_topic>非常重要, 主要就是自定义一个话题名成为gz topic，这样就有了接口，然后使用ros_gz_bridge进行转换让ros2代码进行操控消息数据

键盘操作plugin

监听特定输入消息，当匹配到预设条件时，自动发布指定的输出消息，在仿真中实现 “事件触发响应” 的机制，16777234是一个按键的对应码，类似c++中按键有对应的ASCII码那样。通过话题/cmd_vel输出速度数据。

        <plugin filename="gz-sim-triggered-publisher-system"
                name="gz::sim::systems::TriggeredPublisher">
            <input type="gz.msgs.Int32" topic="/keyboard/keypress">
                <match field="data">16777234</match>
            </input>
            <output type="gz.msgs.Twist" topic="/cmd_vel">
                linear: {x: 0.0}, angular: {z: 0.5}
            </output>
        </plugin>

Sensor传感器

相机、imu、激光雷达是比较常用的

imu

看官方文档，说是plugin项放在world里就行，sensor项放在link中
在这里插入图片描述

<link name='imu_link'>
      <pose relative_to='base_link'>0 0 0.125 0 0 0</pose>
      <inertial>
        <mass>0.1</mass>
        <inertia>
          <ixx>0.0001</ixx>
          <ixy>0</ixy>
          <ixz>0</ixz>
          <iyy>0.0001</iyy>
          <iyz>0</iyz>
          <izz>0.0001</izz>
        </inertia>
      </inertial>
      <visual name='imu_visual'>
        <geometry>
          <box>
            <size>0.05 0.05 0.02</size>
          </box>
        </geometry>
        <material>
          <shader type='pixel'/>
          <script>
            <uri>model://joint/materials/scripts/gazebo.material</uri>
            <name>Gazebo/Blue</name>
          </script>          
        </material>
      </visual>
      <sensor name="imu_sensor" type="imu">
        <always_on>true</always_on>
        <update_rate>10</update_rate>
        <topic>imu</topic>
        <visualize>true</visualize>
      </sensor>
    </link>

    <!-- IMU传感器配置 -->
    <plugin filename="libgz-sim-imu-system.so" name="gz::sim::systems::Imu">
    </plugin>

# 查看话题有没有imu
gz topic -l	
# 查看imu 的具体信息
gz topic -e -t /imu

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

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