一、介绍
SDFormat是用于描述模拟和控制多机器人系统的XML格式。它提供了一种通用机制来定义机器人、传感器、物理属性和场景描述信息。它的设计目的是为了使机器人系统易于建模、交换和扩展。
SDFormat最初由根据教育和研究的需要而创建的Robotics Institute of Carnegie Mellon University的团队开发。它作为ROS(Robot Operating System)的一部分,用于描述模拟和控制机器人的多个方面。SDFormat支持多种不同的机器人软件和硬件平台,并利用ROS和Gazebo等类似的软件框架来构建其模拟环境和执行控制操作。
二、机器人模型定义
在SDFormat中,机器人模型是由可以嵌套的元素描述的,这些元素通常包括可视化和物理属性描述。机器人元素基本上是动态对象,包括链接、碰撞器、传感器和连接器等。它们被组织成骨架,骨架可以用来定义运动链或者一个刚性载体。
下面是一个简单的机器人模型定义示例,在这个例子中,机器人具有一个立方体形状的身体,四个圆柱形的腿和一个球形的关节。
<robot name="my_robot"> <static>false</static> <link name="link1"> <physics> <mass>10.0</mass> <inertia>1 1 1</inertia> <gravity>1</gravity> </physics> <visual name="visual1"> <geometry> <box size="1 2 3"/> </geometry> </visual> <collision name="collision1"> <geometry> <box size="1 2 3"/> </geometry> </collision> </link> <joint name="joint1" type="ball"> <parent>link1</parent> <child>link2</child> <pose>0 0 0 0 0 1.57</pose> <limits> <lower>-1.57</lower> <upper>1.57</upper> </limits> </joint> </robot>
三、传感器描述
SDFormat允许用户定义多个不同类型的传感器,包括:摄像头、激光雷达和接近传感器等等。传感器通常被直接嵌套在机器人模型中,但是SDFormat也允许它们被嵌套在其他对象中。
下面是一个简单的传感器定义示例,在这个例子中,传感器是一个圆锥形的视野切片,可以测量从机器人正前方到120度角度内的距离。传感器还通过<sensor>
元素指定了计时器、更新频率和所需的物理属性等信息。
<sensor name="my_sensor" type="ray"> <pose>0 0 0 0 0 0</pose> <camera> <hfov>120</hfov> <image> <width>640</width> <height>480</height> <format>R8G8B8</format> </image> <clip> <near>0.1</near> <far>100.0</far> </clip> </camera> <range> <min>0.1</min> <max>100.0</max> </range> <update_rate>30</update_rate> <topic>/my_topic</topic> </sensor>
四、场景描述
除了机器人和传感器描述外,SDFormat还允许用户描述场景中的其他元素,包括地面、环境和灯光等。
下面是一个简单的场景描述示例,在这个例子中,场景包含一个平面和一个方向光源。
<sdf version='1.5'> <world name='my_world'> <include> <uri>model://ground_plane</uri> </include> <light name='my_light'> <type>directional</type> <pose>0 0 10 0 0 0</pose> <diffuse>1.0 1.0 1.0 1.0</diffuse> <specular>0.1 0.1 0.1 1.0</specular> <attenuation> <range>1000.0</range> <constant>0.9</constant> <linear>0.01</linear> <quadratic>0.001</quadratic> </attenuation> <direction>1 1 -1</direction> </light> </world> </sdf>
五、物理属性
SDFormat提供了完整的物理属性描述,包括质量、惯性、摩擦、弹性和阻尼等。这些属性可以使用元素来定义,并应用于物体、连接器和约束等。
下面是一个简单的物体描述示例,在这个例子中,一个球体具有质量、惯性和摩擦属性。
<model> <name>my_ball</name> <link> <inertial> <mass>1.0</mass> <pose>0 0 0.5 0 0 0</pose> <inertia>1 1 1 0 0 0</inertia> </inertial> <collision> <geometry> <sphere> <radius>0.5</radius> </sphere> </geometry> <surface> <friction> <ode> <mu>0.2</mu> <mu2>0.1</mu2> </ode> </friction> </surface> </collision> <visual> <geometry> <sphere> <radius>0.5</radius> </sphere> </geometry> </visual> </link> </model>
六、总结
SDFormat是一种通用的XML格式,用于描述多机器人的模拟和控制。它支持机器人模型、传感器描述和场景描述等多种元素,并提供了丰富的物理属性描述,能够使用ROS等现有软件框架进行交换和扩展。对于需要模拟多机器人系统的教育和研究来说,SDFormat是一个非常有用的工具。