3、机器人模型导入：URDF与SDF格式解析、在Gazebo中加载TurtleBot3模型、配置机器人初始位姿

好，咱们进入第三章。这一章，说白了就是让机器人「住进」仿真世界。

你想想看，光有地图和传感器，没有机器人本体，那仿真就是个空壳子。所以这一章的核心任务就三个：搞懂机器人模型的两种描述格式、把TurtleBot3请进Gazebo、最后给它摆个舒服的姿势。

3.1 URDF与SDF：两种「机器人简历」

机器人模型怎么描述？就像人需要身份证一样，机器人也需要一份「简历」。在ROS和Gazebo的世界里，主流简历格式有两种：URDF和SDF。

URDF（Unified Robot Description Format），全称统一机器人描述格式。它是ROS的亲儿子，用XML写。我个人习惯用URDF做快速原型验证，因为它语法简单，上手快。

SDF（Simulation Description Format），仿真描述格式。这是Gazebo的亲儿子。功能比URDF强，能描述更复杂的物理属性、传感器、甚至整个场景。

我刚开始做仿真时，总搞不清该用哪个。后来踩了个坑——用URDF描述了一个带履带的机器人，结果在Gazebo里履带死活动不了。查了半天，发现URDF对连续闭合运动链支持不好。换成SDF，问题迎刃而解。

所以我的建议是：

• 简单轮式机器人（比如TurtleBot3）：用URDF就够了
• 复杂结构（履带、多关节、软体）：优先考虑SDF
• 混合使用：URDF描述运动学，SDF补充物理属性

3.2 在Gazebo中加载TurtleBot3模型

好，理论说完了，咱们动手。TurtleBot3是ROS生态里最经典的入门机器人，没有之一。我当年入门ROS时，第一个跑起来的仿真就是它。

第一步：安装依赖

嗯，这里要注意。如果你用的是ROS Noetic或Melodic，命令稍有不同。我以Noetic为例：

sudo apt install ros-noetic-turtlebot3 ros-noetic-turtlebot3-simulations ros-noetic-turtlebot3-gazebo

第二步：设置机器人型号

TurtleBot3有三个版本：Burger、Waffle、Waffle Pi。我建议新手先用Burger，结构最简单。

export TURTLEBOT3_MODEL=burger

记得把这句话加到 ~/.bashrc 里，不然每次开终端都要重新设置。我曾经因为这个忘了设置，结果加载出来一个空模型，排查了半天。

第三步：启动Gazebo并加载模型

roslaunch turtlebot3_gazebo turtlebot3_empty_world.launch

这条命令会启动一个空白世界，并在其中加载TurtleBot3。你会看到一个小机器人出现在原点位置。

gazebo --verbose worlds/empty.world &
roslaunch turtlebot3_gazebo turtlebot3_empty_world.launch

3.3 配置机器人初始位姿

机器人加载出来了，但位置可能不是你想要的。比如你想让它从房间的角落出发，而不是原点。

方法一：通过launch文件参数

最直接的方法。在launch文件中指定 initial_pose_x、initial_pose_y、initial_pose_z 和 initial_pose_yaw。

<launch>
  <arg name="model" default="burger" />
  <arg name="x_pos" default="1.0" />
  <arg name="y_pos" default="2.0" />
  <arg name="z_pos" default="0.0" />
  <arg name="yaw" default="0.0" />

  <include file="$(find turtlebot3_gazebo)/launch/turtlebot3_empty_world.launch">
    <arg name="x_pos" value="$(arg x_pos)" />
    <arg name="y_pos" value="$(arg y_pos)" />
    <arg name="z_pos" value="$(arg z_pos)" />
    <arg name="yaw" value="$(arg yaw)" />
  </include>
</launch>

方法二：通过服务调用

如果你已经启动了仿真，不想重启，可以用服务来设置位姿：

rosservice call /gazebo/set_model_state "model_state:
  model_name: 'turtlebot3_burger'
  pose:
    position:
      x: 1.0
      y: 2.0
      z: 0.0
    orientation:
      x: 0.0
      y: 0.0
      z: 0.0
      w: 1.0"

注意这里的 orientation 用的是四元数。如果你不熟悉四元数，可以用 tf.transformations 工具来转换：

from tf.transformations import quaternion_from_euler
q = quaternion_from_euler(0, 0, 1.57)  # 绕Z轴旋转90度

3.4 本章知识体系

为了让你更直观地理解本章的知识结构，我画了一张图：

这张图把本章的三个核心模块串起来了。从左到右，从理论到实践，从模型描述到实际加载，再到位置调整。你跟着这个脉络走，就不会乱。

3.5 避坑总结

最后，我把自己踩过的坑总结一下，你遇到了可以直接翻回来查：

1. 模型加载不出来：先检查 TURTLEBOT3_MODEL 环境变量有没有设置
2. 机器人位置不对：检查launch文件中的坐标参数，注意Gazebo和ROS的坐标系差异
3. Gazebo启动卡死：试试先启动服务器，再启动客户端
4. URDF转SDF报错：用 gz sdf -p model.urdf > model.sdf 命令转换，注意URDF中不能有 <gazebo> 标签

嗯，这一章的内容就到这儿。你先把TurtleBot3跑起来，感受一下机器人「活」在仿真世界里的感觉。下一章，我们会让这个机器人真正动起来。

# 安装
sudo apt install ros-noetic-turtlebot3*

# 设置型号
export TURTLEBOT3_MODEL=burger

# 启动仿真
roslaunch turtlebot3_gazebo turtlebot3_empty_world.launch

# 设置位姿
rosservice call /gazebo/set_model_state ...

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