一、提要

本文主要介绍在ROS-Gazebo中如何更好地使用SDF格式建模与仿真。众所周知，URDF是ROS的原生支持格式，但是rviz不能提供复杂物理场景；因此在较复杂场景、带有物理属性（如风、摩擦力）的时候，采用Gazebo仿真时，因此使用SDF格式会更加合理。鉴于中文网络上几乎没有成体系的SDF介绍博文，此文就权当狗尾续貂之作吧。

二、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、地形等。

三、举例说明urdf和xml

以实现Model为例说明，urdf应用xml文本模型，也就是语法相同。

1）Model 模型

一个模型数据库会拥有的文件

database.config：有关数据库的元数据，从CMakeList自动填充『本地不需要』
model文件夹

一个模型【放在一个文件夹】会有的文件

mdoel.config 模型的元数据　　『必需』
model.sdf 模型的SDF描述『必需』
plugins 插件源文件和头文件的目录
model.sd.erb/meshes/materials

2）Model.config格式

固定开头

<?xml version>

<model>

<name>名字
<version>版本
<sdf>描述模型的SDF文件的名字
<author>作者
- <name>名字
- <email>邮件
<description>介绍模型
- 模型是什么
- 插件干了什么
<depend>
- <uri>模型依赖关系的URI
- <version>该模型的版本

3）Model.sdf格式

<?xml version ?> xml的版本
<sdf version> sdf的版本，和config里<sdf>的版本要一样呀
<model name> 模型的名字
<pose> 在世界中的位置 x y z pitch yaw roll
<static> 选择模型是否固定
<link>链接 包含模型的一个主体的物理属性，尽量减少模型中链接数量以提高性能和稳定
- <collision>: 用于碰撞检查，一个link可以有多个碰撞元素
  - <geometry> 物体
    - <box> | <sphere> | <cylinder>形状名字
      - <size> x y z长度 | <radius>半径 | <radius> & <length>
  - <surface> 平面
    - <friction>设置地面摩擦力
      - <ode> <mu> <slip>
- <visual>: 可视化
  - <geometry> 几何形状
    - <box>形状名字
      - <size> x y z长度
- <inertial>: 惯性元素，描述了link的动态特性，例如质量和转动惯量矩阵
  - <mass> 质量
  - <inertia> ！！！注意这两单词不一样呀
- <sensor>: 从world收集数据用于plugin
- <light>: 光源
<joint>关节 关节连接两个link，用于旋转轴和关节限制等
<plugin>插件 用于控制模型

四、SDF和URDF有什么区别？

4.1 URDF和SDF优缺点

URDF（Unified Robot Description Format）在ROS中是一种功能强大且标准化的机器人描述格式，但依然缺少许多功能。例如，

URDF只能单独定义单个机器人的运动学和动力学特性；
无法定义机器人本身在世界中的姿态；
不能定义闭链结构（并联机器人）；
缺乏摩擦和等更丰富的动力学特性；
不能定义非机器人物体，例如灯光，高度图等。

在实现方面，URDF语法大量使用XML的属性（Attribute）特性，使得URDF更加不灵活。也没有向后兼容的机制。

为了解决以上问题，开发人员创建了一种称为SDF（Simulation Description Format）的新格式，专门供Gazebo使用。

SDF完整描述了从世界级到机器人级的所有内容。它具有良好的可扩展性。 SDF格式使用XML元素而非属性来自我描述（因为属性往往难以阅读和维护[3]），这有助于使用简单的升级工具将旧版本迁移到新版本。 SDF也是具有自描述性的格式。

4.2 应用经验

要点1 ： sdf是用于gazebo仿真的;urdf是描述机器人整体状态,ros系统也是通过该文件来构建机器人的一切信息.当需要使用urdf做仿真时候,系统会自动将urdf文件装换为sdf格式加载到gazebo里面的.
要点2： sdf文件、urdf文件和xacro文件都是模型文件。

xacro文件是urdf文件的改进版，urdf文件只能在rviz等中显示，不能在仿真器中显示出来。
xacro文件可以在gazebo仿真器中显示出来，相对urdf文件，xacro文件增加了更多的属性设置标签。
sdf文件和urdf文件、xacro文件都可以加载dae等三维模型文件。

要点3：sdf和urdf、xacro的区别是：

ros和gazebob 不能使得sdf模型动起来、sdf模型有自己的行为

ros和gazebob 能使得urdf、xacro模型动起来、urdf、xacro模型有自己的行为，当前，sdf文件和urdf、xacro文件之间还不能自动转换，只能根据实体手动转换。

要点4：sdf加载dae等三维模型文件：

urdf、xacro文件加载dae等三维模型文件：world文件加载dae等三维模型文件：(其实就是sdf加载dae文件)

五、使用哪种格式更合理？

尽管目前有一些SDF与URDF的之间的转换方法（我在后面的文章里会讲到），但往往十分复杂且易出错。因此，我建议刚开始就根据自己的需求选择最合适的模型格式。对此我有以下建议：

5.1 必须使用URDF的情况

我要使用Rviz对我的机器人进行可视化

5.2 必须使用SDF的情况

我研究并联机器人，或机器人中存在闭链结构

5.3 建议使用URDF的情况

我是新手，面临毕业压力想快点做出可展示的成果
我使用Solidworks建模，想方便地导出用于ROS的三维模型

关于第2条：有专用的Solidworks插件，可以将装配体直接导出成URDF模型。如果想要SDF模型，只能手动导出网格文件，再在SDF中引用。

5.4建议使用SDF的情况

我想深入研究ROS-Gazebo仿真，使仿真的动力学特性更加真实
我想开发自己专用的Gazebo仿真插件

参考文章：

【ROS-Gazebo】为什么选择SDF？ - 知乎

SDF学习笔记1（使用sdf创建模型，在.world 中查看）_磊磊哈哈的博客-CSDN博客_sdf模型

【ROS2要素】xml、GDF、URDF的关系