1. SDF建模簡介

在使用ROS進行機器人開發的時候，模擬是非常重要的一個環境，而Gazebo是與ROS相容性最好的模擬器之一。在使用Gazebo模擬的時候，需要先對環境和機器人進行建模，而Gazebo模擬建模的標準格式就是SDF（sdformat），ROS中機器人的描述標準格式為URDF，兩者均採用xml語言，在一定程度上具有一定相似性，但是是不相容的。至於SDF與URDF的選擇，以及為什麼選擇SDF，可以參考 小明工坊 的文章，總結的非常好，這裡不再重複。

• 為什麼選擇SDF？
• SDF規範文件與模型資源
• SDF的建模與使用
• ERB：模組化生成SDF模型
• SDF與URDF的相互轉換

SDF檔案採用xml語言編寫，直接編寫sdf檔案非常不友好。

URDF也是採用xml語言編寫，但是採用xacro工具，可以定義巨集變數與巨集模組，然後複用這些變數和巨集模組，基於巨集的方式的使得編寫xml變得相對友好，既減少了程式碼量，又節省了建模時間。

• 先編寫robot.xacro，然後使用xacro工具，解析生成robot.urdf檔案。

不幸的是xacro不支援sdf檔案的巨集定義的書寫，小明工坊 提到的ERB：模組化生成SDF模型的方法是基於ERB的方案，明顯感覺不如xacro使用方便，然後目前網上也沒發現有為sdf開發出一個類似於xacro的外掛，於是，自己動手，豐衣足食，便由此產生了xacro4sdf外掛。

• xacro4sdf開源地址：
  https://github.com/gezp/xacro4sdf

2 xacro4sdf的安裝

pip安裝方式

#install by pip
pip install xacro4sdf 

原始碼安裝方式

# install from source code
git clone https://github.com/gezp/xacro4sdf.git
cd xacro4sdf && sudo python3 setup.py install

3 xacro4sdf的簡單介紹

xacro4sdf支援類似於xacro的Properties和Macros的功能，通過定義巨集，然後使用巨集，極大複用了程式碼，即減少了程式碼量，又節省了建模時間。雖然xacro4sdf開發靈感來源於xacro，但是使用API完全不同於xacro，一方面功能相對更加少，不支援block引數等，另一方面使用相對也更加簡單。<br />xacro4sdf支援tag

• <xacro_define_property> ：變數定義
• <xacro_define_macro> ：巨集模組定義
• <xacro_macro> ：巨集模組使用
• <xacro_include_definition> ：引用其他檔案中的<xacro_define_property> 和<xacro_define_macro>
• <xacro_include_model> ：引用其他檔案中的model，即<model>...</model>之間的內容。（不推薦使用）

xacro4sdf支援${xxx}方式的數學表示式

• 與xacro使用方式類似。

xacro4sdf還提供了一些預定義的巨集，可直接使用

<!--macro defination:inertia-->
<xacro_define_macro name="inertia_cylinder" params="m r l">
<xacro_define_macro name="inertia_box" params="m x y z">
<xacro_define_macro name="inertia_sphere" params="m r">
<!--macro defination:geometry-->
<xacro_define_macro name="geometry_cylinder" params="r l">
<xacro_define_macro name="geometry_box" params="x y z">
<xacro_define_macro name="geometry_sphere" params="r">
<xacro_define_macro name="geometry_mesh" params="uri">
<!--macro defination:visual_collision_with_mesh-->
<xacro_define_macro name="visual_collision_with_mesh" params="prefix uri">

4 xacro4sdf的簡單使用

首先編寫一個sdf.model.xacro檔案（必須.xacro結尾）

<?xml version="1.0"?>
<sdf version="1.7">
    <!--definition of property-->
    <xacro_define_property name="h" value="0.2" />
    <xacro_define_property name="mass" value="0.2" />
    <!--definition of macro-->
        <xacro_define_macro macro_name="inertia_box" params="m x y z">
        <mass>${m}</mass>
        <inertia>
            <ixx>${m*(y*y+z*z)/12}</ixx>
            <ixy>0</ixy>
            <ixz>0</ixz>
            <iyy>${m*(x*x+z*z)/12}</iyy>
            <iyz>0</iyz>
            <izz>${m*(x*x+y*y)/12}</izz>
        </inertia>
        </xacro_define_macro>
    <!--rplidar a2-->
    <model name='rplidar_a2'>
        <link name="link">
            <inertial>
                <pose>0 0 0.02 0 0 0</pose>
                <xacro_macro name="inertia_box" m="0.5" x="${h}" y="${h+0.1}" z="${2*h}"/>
            </inertial>
            <collision name="collision">
                <xacro_macro name="geometry_mesh" uri="model://rplidar_a2/meshes/rplidar_a2.dae"/>
            </collision>
            <visual name="visual">
                <xacro_macro name="geometry_mesh" uri="model://rplidar_a2/meshes/rplidar_a2.dae"/>
            </visual>
        </link>
    </model>
</sdf>      

• 其中inertia_box和geometry_mesh 為預定義好的巨集，可直接使用，這裡重新定義了巨集inertia_box ( 即覆蓋了預定義的巨集，這裡只是為了演示<xacro_define_macro>的使用）

使用xacro4sdf進行轉化

xacro4sdf model.sdf.xacro

生成的model.sdf結果如下

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!-- =================================================================================== -->
<!-- |    This document was autogenerated by xacro4sdf from model.sdf.xacro            | -->
<!-- |    EDITING THIS FILE BY HAND IS NOT RECOMMENDED                                 | -->
<!-- =================================================================================== -->
<sdf version="1.7">
  <!--definition of property-->
  <!--definition of macro-->
    <!--rplidar a2-->
    <model name="rplidar_a2">
        <link name="link">
            <inertial>
                <pose>0 0 0.02 0 0 0</pose>
                <mass>0.5</mass>
                <inertia>
                    <ixx>0.01041666666666667</ixx>
                    <ixy>0</ixy>
                    <ixz>0</ixz>
                    <iyy>0.008333333333333335</iyy>
                    <iyz>0</iyz>
                    <izz>0.005416666666666668</izz>
                </inertia>
            </inertial>
            <collision name="collision">
                <geometry>
                    <mesh>
                        <uri>model://rplidar_a2/meshes/rplidar_a2.dae</uri>
                    </mesh>
                </geometry>
            </collision>
            <visual name="visual">
                <geometry>
                    <mesh>
                        <uri>model://rplidar_a2/meshes/rplidar_a2.dae</uri>
                    </mesh>
                </geometry>
            </visual>
        </link>
    </model>
</sdf>

• 更多使用詳情參考https://github.com/gezp/xacro4sdf中的readme.md。

5. 最後

SDF建模小Tip：

• 先使用SW，blender等3D建模工具進行建模，然後再把各個模組（依照可活動關節分離）匯出STL或dea檔案。
• 然後編寫SDF檔案（採用xacro4sdf 巨集工具可簡化SDF檔案編寫），使用xacro4sdf可輕鬆採用模組化的建模方式，可分成幾個檔案分別構建模組，然後再進行組裝。

如果你覺得xacro4sdf工具對你有用的話，希望可以在GitHub上給一個star. (●'◡'●)