第三节：模型基础——模型概念、文件格式与放置方法

各位同学，今天我们来聊聊Gazebo仿真里的“模型”。

模型是什么？说白了，就是机器人的“数字替身”。你想想看，真机调试多贵啊——摔一次几千块，烧一块板子可能上万。仿真模型就是让你在虚拟世界里随便折腾，零成本试错。

我个人习惯把模型分成三类：机器人本体模型（比如你设计的四轮小车）、环境模型（地面、墙壁、障碍物）、传感器模型（激光雷达、摄像头）。这三类在Gazebo里都是用同一种方式描述的，只是用途不同。

3.1 模型文件格式：SDF vs URDF

Gazebo支持两种模型格式：SDF（Simulation Description Format）和URDF（Unified Robot Description Format）。

我在项目中遇到过不少新手上来就问：“到底学哪个？”我的建议是：URDF是ROS的亲儿子，SDF是Gazebo的亲儿子。如果你主要用ROS，从URDF入手；如果你直接操作Gazebo，SDF更原生。

特性	URDF	SDF
起源	ROS社区	Gazebo团队
支持物理属性	有限（需扩展）	原生完整支持
支持多机器人	单文件单机器人	单文件多机器人
闭链结构	不支持	支持
推荐场景	ROS + MoveIt	纯Gazebo仿真

嗯，这里要注意：URDF其实不能直接描述摩擦力、阻尼这些物理参数。Gazebo会通过一个叫gazebo_ros_control的插件来补充。而SDF天生就带这些，省事不少。

3.2 模型文件结构解剖

不管用哪种格式，核心结构都差不多。我拿一个最简单的“盒子模型”来拆解：

<!-- SDF格式示例 -->
<?xml version="1.0" ?>
<sdf version="1.6">
  <model name="my_box">
    <link name="body">
      <collision name="collision">
        <geometry>
          <box>
            <size>0.5 0.5 0.5</size>
          </box>
        </geometry>
      </collision>
      <visual name="visual">
        <geometry>
          <box>
            <size>0.5 0.5 0.5</size>
          </box>
        </geometry>
        <material>
          <ambient>1 0 0 1</ambient>
        </material>
      </visual>
      <inertial>
        <mass>1.0</mass>
        <inertia>
          <ixx>0.083</ixx>
          <iyy>0.083</iyy>
          <izz>0.083</izz>
        </inertia>
      </inertial>
    </link>
  </model>
</sdf>

看到没？一个模型由link（刚体部件）组成。每个link有三个关键部分：

collision：碰撞检测用的几何体。Gazebo用这个算物理碰撞，不是用visual。
visual：你看到的形状和颜色。可以比collision更精细，但物理上不参与。
inertial：质量、惯性张量。这个决定了物体怎么被推动、怎么旋转。

⚠️ 我曾经踩过的坑： 有一次我忘了给link加inertial标签，结果模型一加载就飘在天上，怎么推都不动。后来才发现——没有惯性，物理引擎就当它是“空气”。所以，每个link都必须有inertial，哪怕质量设成0.001都行。

3.3 从模型库加载模型

Gazebo自带一个在线模型库，里面有好几百个现成模型。怎么用？

打开Gazebo，点击左侧的“Insert”选项卡
你会看到一堆分类：Robots、Objects、Buildings...
点一下想要的模型，然后在场景里点一下，就放上去了

但说实话，在线加载有时候很慢。我个人习惯先把常用模型下载到本地：

# 下载模型库到本地
git clone https://github.com/osrf/gazebo_models.git ~/.gazebo/models

# 然后设置环境变量
export GAZEBO_MODEL_PATH=$HOME/.gazebo/models

这样加载速度会快很多。你想想看，每次仿真都要从GitHub拉模型，网络一卡就等半天，多耽误事。

3.4 手动放置模型

手动放置模型有两种方式：图形界面拖拽和命令行/代码控制。

图形界面方式：

点击“Insert” → 选择模型 → 在场景中点击放置
放置后可以用“Translate”工具（快捷键T）移动
用“Rotate”工具（快捷键R）旋转
按Ctrl+Z可以撤销操作

命令行方式（更精确）：

# 通过ros服务放置模型
rosservice call /gazebo/spawn_sdf_model "{
  model_name: 'my_robot',
  model_xml: '<?...>',
  initial_pose: {
    position: {x: 1.0, y: 2.0, z: 0.5},
    orientation: {x: 0.0, y: 0.0, z: 0.0, w: 1.0}
  }
}"

💡 小技巧： 如果你要精确放置多个模型（比如搭建一个仓库环境），建议用Python脚本调用rospy的spawn_model函数。我曾经帮一个客户搭建物流仿真环境，手动拖了50个货架，累得手酸。后来写了个循环脚本，3秒搞定。

3.5 模型知识体系总览

下面这张图是我自己整理的模型知识结构，帮你快速建立全局认知：

📌 核心要点回顾：

模型 = link（部件）+ joint（关节）+ plugin（插件）
每个link必须有collision、visual、inertial三件套
URDF适合ROS用户，SDF适合纯Gazebo用户
模型加载优先用本地库，避免网络延迟

好了，模型基础就讲到这里。记住一句话：模型是仿真的基石。模型建得不对，后面所有仿真结果都是错的。我见过太多人花几周调控制算法，最后发现是模型参数写错了——白白浪费时间。

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第三节：模型基础——模型概念、文件格式与放置方法

3.1 模型文件格式：SDF vs URDF

3.2 模型文件结构解剖

3.3 从模型库加载模型

3.4 手动放置模型

3.5 模型知识体系总览