2025年7月2日 星期三

ROS2 URDF 或 Xacro 格式轉換為 SDF (Simulation Description Format)

 在 ROS 和 Gazebo 中，將 URDF 或 Xacro 格式轉換為 SDF (Simulation Description Format) 是一種常見的操作，因為 Gazebo 內部主要使用 SDF 來描述世界和模型。

SDF 格式包含了比 URDF 更多用於模擬的資訊（例如物理屬性、傳感器、插件等）。當您在 Gazebo 中載入一個 URDF 或 Xacro 檔案時，Gazebo 會在內部將其轉換為 SDF。

以下是將 URDF 或 Xacro 轉換為 SDF 的兩種主要方法：

方法一：使用 urdfdom_py 和 sdformat_urdf 工具 (推薦用於程式化轉換)

這是一種在 Python 環境下進行轉換的方法，特別適用於 Launch 檔案或腳本中。

  1. 確保安裝必要的 ROS 2 套件： 您需要安裝 urdfdom_py 和 sdformat_urdf（或其依賴項），這些通常會隨 ROS 2 的桌面完整版一起安裝。如果沒有，可以嘗試：

    Bash
    sudo apt update
sudo apt install ros-humble-urdfdom-py ros-humble-sdformat-urdf

  2. 創建一個 Python 腳本進行轉換：

    Python
    import os
from ament_index_python.packages import get_package_share_directory
from urdf_parser_py.urdf import URDF
from sdformat_urdf import urdf_to_sdf

def convert_robot_model(package_name, urdf_file_name, output_sdf_file_name):
    try:
        # 獲取套件的 share 目錄
        package_share_directory = get_package_share_directory(package_name)

        # 組合 URDF 檔案的完整路徑
        urdf_path = os.path.join(package_share_directory, 'urdf', urdf_file_name)

        # 如果是 Xacro 檔案，先進行 Xacro 轉換
        if urdf_file_name.endswith('.xacro'):
            import xacro
            # 注意：xacro.process_file 需要在 Python 腳本中以這種方式呼叫
            # 這裡假設 xacro 已經安裝：pip install xacro
            # 或者 ros-humble-xacro 已經安裝
            doc = xacro.process_file(urdf_path)
            urdf_content = doc.toprettyxml(indent='  ')
        else:
            with open(urdf_path, 'r') as f:
                urdf_content = f.read()

        # 解析 URDF 內容
        robot = URDF.from_xml_string(urdf_content)

        # 將 URDF 轉換為 SDF
        sdf_model = urdf_to_sdf.convert_urdf_to_sdf_model(robot)

        # 將 SDF 內容寫入檔案
        output_sdf_path = os.path.join(package_share_directory, 'models', output_sdf_file_name)
        with open(output_sdf_path, 'w') as f:
            f.write(sdf_model.to_xml_string(prettyprint=True))

        print(f"Successfully converted '{urdf_file_name}' to '{output_sdf_file_name}'")
        print(f"SDF file saved to: {output_sdf_path}")

    except Exception as e:
        print(f"Error during conversion: {e}")

if name == 'main': # --- 配置您的檔案資訊 --- # 您的 ROS 2 套件名稱 my_package = 'ur5_description' # 要轉換的 URDF 或 Xacro 檔案名稱 (在套件的 'urdf' 目錄下) input_urdf_xacro = 'ur5.urdf.xacro' # 例如 'ur5.urdf' 或 'my_robot.urdf.xacro' # 輸出 SDF 檔案的名稱 (會儲存在套件的 'models' 目錄下，如果沒有請手動創建) output_sdf = 'ur5.sdf'

# 確保 'models' 目錄存在
package_share_directory = get_package_share_directory(my_package)
models_dir = os.path.join(package_share_directory, 'models')
os.makedirs(models_dir, exist_ok=True) # 如果不存在則創建

convert_robot_model(my_package, input_urdf_xacro, output_sdf)

```

  1. 運行腳本： 將上述程式碼保存為 convert_to_sdf.py，然後執行：

    Bash
    python3 convert_to_sdf.py

    它會將您指定的 URDF/Xacro 檔案轉換為 SDF，並保存在指定的路徑。

方法二：使用 Gazebo 的內部轉換機制 (最常見且推薦)

在大多數情況下，您不需要手動將 URDF/Xacro 轉換為 SDF。Gazebo 內建了轉換器，當您使用 robot_state_publisher 和 spawn_entity.py 將模型載入 Gazebo 時，它會自動處理。

步驟：

  1. 確保您的 URDF/Xacro 檔案是正確且完整的：

    • 包含所有 <link> 的 <inertial> 資訊。

    • 包含 <visual> 和 <collision> 幾何體。

    • 最重要的是，包含 Gazebo 特定擴展標籤 (<gazebo>)。 這些標籤定義了 Gazebo 需要的物理屬性、傳感器和插件。沒有這些標籤，即使轉換成功，模型在 Gazebo 中也無法正確模擬。

  2. 使用 robot_state_publisher 發布 URDF/Xacro 內容： 在您的 Launch 檔案中，使用 xacro 命令讀取 Xacro/URDF 檔案，並將其內容發布到 /robot_description 話題。

    Python
    import os
from ament_index_python.packages import get_package_share_directory
from launch import LaunchDescription
from launch.actions import DeclareLaunchArgument, IncludeLaunchDescription
from launch.substitutions import LaunchConfiguration, Command
from launch.launch_description_sources import PythonLaunchDescriptionSource
from launch_ros.actions import Node
from launch_ros.parameter_descriptions import ParameterValue # 確保有這行

def generate_launch_description():
    # 獲取套件的路徑
    description_package_path = get_package_share_directory('ur5_description') # 替換為您的套件名稱

    # 組合 xacro 檔案的路徑
    xacro_file = os.path.join(description_package_path, 'urdf', 'ur5.urdf.xacro') # 替換為您的檔案名稱

    # 使用 Command 替換 Xacro 預處理
    robot_description_content = ParameterValue(Command(['xacro ', xacro_file]),
                                            value_type=str)

    # 啟動 robot_state_publisher 節點
    robot_state_publisher_node = Node(
        package='robot_state_publisher',
        executable='robot_state_publisher',
        name='robot_state_publisher',
        output='screen',
        parameters=[{'robot_description': robot_description_content}],
    )

    # 啟動 Gazebo 伺服器
    gazebo_server_cmd = IncludeLaunchDescription(
        PythonLaunchDescriptionSource([os.path.join(
            get_package_share_directory('gazebo_ros'), 'launch', 'gazebo.launch.py'
        )]),
        launch_arguments={'world': os.path.join(get_package_share_directory('gazebo_ros'), 'worlds', 'empty.world')}.items()
    )

    # 啟動 Gazebo 客戶端
    gazebo_client_cmd = ExecuteProcess(
        cmd=['gzclient'],
        output='screen'
    )

    # 使用 spawn_entity.py 將機器人模型載入 Gazebo
    # 這個工具會從 /robot_description 話題讀取 URDF/SDF，並將其插入 Gazebo
    spawn_entity_cmd = Node(
        package='gazebo_ros',
        executable='spawn_entity.py',
        arguments=['-entity', 'my_robot', '-topic', 'robot_description', '-x', '0', '-y', '0', '-z', '0.1'],
        output='screen'
    )

    return LaunchDescription([
        gazebo_server_cmd,
        gazebo_client_cmd,
        robot_state_publisher_node,
        spawn_entity_cmd,
    ])

總結

  • 手動轉換 (方法一)：當您需要一個實際的 .sdf 檔案用於其他 Gazebo 外部工具，或者出於某些除錯目的時，可以使用 Python 腳本手動轉換。但請記住，手動轉換的 SDF 可能不如直接在 Gazebo 中啟動 URDF/Xacro 那樣方便，因為後者會自動處理所有必要的內部配置。

  • 自動轉換 (方法二)：在大多數 ROS 2 Gazebo 模擬的場景中，您只需要準備好包含 Gazebo 擴展的 URDF/Xacro 檔案，然後使用 robot_state_publisher 和 spawn_entity.py。Gazebo 會在載入時自動將 URDF 轉換為其內部的 SDF 表示。這是最常見且推薦的方式。

無論您選擇哪種方式，URDF/Xacro 檔案中包含

必要的 Gazebo 擴展 (<gazebo>) 是在 Gazebo 中成功模擬的關鍵。 

如果缺少這些，模型可能只能顯示外觀，但沒有正確的物理行為或傳感器。




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