miuav Quadruped Robot SDF/XACRO Model Skill
用于创建足式机器人的 SDF 和 XACRO 模型
何时使用
当需要以下帮助时使用此技能：
- 创建四足机器人模型
- 配置腿部关节和驱动器
- 设置步态参数
- 添加环境交互
- 配置触觉传感器
快速参考
常见四足布局:
- 脊椎式 (spine-type) - 身体 + 4条腿
- 昆虫式 (insect-type) - 身体 + 4条腿 (更简单)
- 哺乳动物式 (mammal-type) - 真实动物结构
四足机器人 - 完整示例
SDF 模型
<?xml version="1.0" ?>
<sdf version="1.11">
<model name="quadruped_robot">
<static>false</static>
<self_collide>false</self_collide>
<!-- 躯干 -->
<link name="torso">
<pose>0 0 0.3 0 0 0</pose>
<inertial>
<mass>8.0</mass>
<inertia>
<ixx>0.1</ixx><ixy>0</ixy><ixz>0</ixz>
<iyy>0.15</iyy><iyz>0</iyz>
<izz>0.1</izz>
</inertia>
</inertial>
<!-- 躯干碰撞体 -->
<collision name="torso_collision">
<geometry>
<box>
<size>0.4 0.25 0.1</size>
</box>
</geometry>
</collision>
<!-- 躯干视觉体 -->
<visual name="torso_visual">
<geometry>
<box>
<size>0.4 0.25 0.1</size>
</box>
</geometry>
<material>
<ambient>0.3 0.3 0.3 1</ambient>
<diffuse>0.3 0.3 0.3 1</diffuse>
</material>
</visual>
</link>
<!-- 左前腿 -->
<!-- 髋关节 -->
<link name="hip_fl">
<pose>0.2 0.15 0 0 0 0</pose>
<inertial>
<mass>0.3</mass>
<inertia>
<ixx>0.0005</ixx><ixy>0</ixy><ixz>0</ixz>
<iyy>0.0005</iyy><iyz>0</iyz>
<izz>0.0005</izz>
</inertia>
</inertial>
<visual name="hip_fl_visual">
<geometry>
<cylinder>
<radius>0.02</radius>
<height>0.04</height>
</cylinder>
</geometry>
<material>
<ambient>0.2 0.2 0.2 1</ambient>
</material>
</visual>
</link>
<joint name="hip_fl_joint" type="revolute">
<parent>torso</parent>
<child>hip_fl</child>
<axis>
<xyz>0 0 1</xyz>
<limit>
<lower>-1.57</lower>
<upper>1.57</upper>
</limit>
</axis>
</joint>
<!-- 大腿 -->
<link name="thigh_fl">
<pose>0 0 -0.15 0 0 0</pose>
<inertial>
<mass>0.5</mass>
<inertia>
<ixx>0.001</ixx><ixy>0</ixy><ixz>0</ixz>
<iyy>0.001</iyy><iyz>0</iyz>
<izz>0.001</izz>
</inertia>
</inertial>
<collision name="thigh_fl_collision">
<geometry>
<box>
<size>0.03 0.03 0.15</size>
</box>
</geometry>
</collision>
<visual name="thigh_fl_visual">
<geometry>
<box>
<size>0.03 0.03 0.15</size>
</box>
</geometry>
<material>
<ambient>0.4 0.4 0.4 1</ambient>
</material>
</visual>
</link>
<joint name="thigh_fl_joint" type="revolute">
<parent>hip_fl</parent>
<child>thigh_fl</child>
<axis>
<xyz>1 0 0</xyz>
<limit>
<lower>-1.57</lower>
<upper>1.57</upper>
</limit>
</axis>
</joint>
<!-- 小腿 -->
<link name="shin_fl">
<pose>0 0 -0.15 0 0 0</pose>
<inertial>
<mass>0.2</mass>
<inertia>
<ixx>0.0005</ixx><ixy>0</ixy><ixz>0</ixz>
<iyy>0.0005</iyy><iyz>0</iyz>
<izz>0.0005</izz>
</inertia>
</inertial>
<collision name="shin_fl_collision">
<geometry>
<box>
<size>0.02 0.02 0.15</size>
</box>
</geometry>
</collision>
<visual name="shin_fl_visual">
<geometry>
<box>
<size>0.02 0.02 0.15</size>
</box>
</geometry>
<material>
<ambient>0.3 0.3 0.3 1</ambient>
</material>
</visual>
<!-- 足尖传感器 -->
<sensor name="foot_contact_fl" type="contact">
<contact>
<collision>shin_fl_collision</collision>
</contact>
</sensor>
</link>
<joint name="shin_fl_joint" type="revolute">
<parent>thigh_fl</parent>
<child>shin_fl</child>
<axis>
<xyz>1 0 0</xyz>
<limit>
<lower>-2.5</lower>
<upper>-0.1</upper>
</limit>
</axis>
</joint>
<!-- 右前腿 -->
<link name="hip_fr">
<pose>0.2 -0.15 0 0 0 0</pose>
<inertial>
<mass>0.3</mass>
<inertia>
<ixx>0.0005</ixx><ixy>0</ixy><ixz>0</ixz>
<iyy>0.0005</iyy><iyz>0</iyz>
<izz>0.0005</izz>
</inertia>
</inertial>
<visual name="hip_fr_visual">
<geometry>
<cylinder>
<radius>0.02</radius>
<height>0.04</height>
</cylinder>
</geometry>
<material>
<ambient>0.2 0.2 0.2 1</ambient>
</material>
</visual>
</link>
<joint name="hip_fr_joint" type="revolute">
<parent>torso</parent>
<child>hip_fr</child>
<axis>
<xyz>0 0 1</xyz>
<limit>
<lower>-1.57</lower>
<upper>1.57</upper>
</limit>
</axis>
</joint>
<link name="thigh_fr">
<pose>0 0 -0.15 0 0 0</pose>
<inertial>
<mass>0.5</mass>
</inertial>
<collision name="thigh_fr_collision">
<geometry>
<box>
<size>0.03 0.03 0.15</size>
</box>
</geometry>
</collision>
<visual name="thigh_fr_visual">
<geometry>
<box>
<size>0.03 0.03 0.15</size>
</box>
</geometry>
<material>
<ambient>0.4 0.4 0.4 1</ambient>
</material>
</visual>
</link>
<joint name="thigh_fr_joint" type="revolute">
<parent>hip_fr</parent>
<child>thigh_fr</child>
<axis>
<xyz>1 0 0</xyz>
<limit>
<lower>-1.57</lower>
<upper>1.57</upper>
</limit>
</axis>
</joint>
<link name="shin_fr">
<pose>0 0 -0.15 0 0 0</pose>
<inertial>
<mass>0.2</mass>
</inertial>
<collision name="shin_fr_collision">
<geometry>
<box>
<size>0.02 0.02 0.15</size>
</box>
</geometry>
</collision>
<visual name="shin_fr_visual">
<geometry>
<box>
<size>0.02 0.02 0.15</size>
</box>
</geometry>
<material>
<ambient>0.3 0.3 0.3 1</ambient>
</material>
</visual>
<sensor name="foot_contact_fr" type="contact">
<contact>
<collision>shin_fr_collision</collision>
</contact>
</sensor>
</link>
<joint name="shin_fr_joint" type="revolute">
<parent>thigh_fr</parent>
<child>shin_fr</child>
<axis>
<xyz>1 0 0</xyz>
<limit>
<lower>-2.5</lower>
<upper>-0.1</upper>
</limit>
</axis>
</joint>
<!-- 左后腿 -->
<link name="hip_rl">
<pose>-0.2 0.15 0 0 0 0</pose>
<inertial>
<mass>0.3</mass>
</inertial>
<visual name="hip_rl_visual">
<geometry>
<cylinder>
<radius>0.02</radius>
<height>0.04</height>
</cylinder>
</geometry>
</visual>
</link>
<joint name="hip_rl_joint" type="revolute">
<parent>torso</parent>
<child>hip_rl</child>
<axis>
<xyz>0 0 1</xyz>
<limit>
<lower>-1.57</lower>
<upper>1.57</upper>
</limit>
</axis>
</joint>
<link name="thigh_rl">
<pose>0 0 -0.15 0 0 0</pose>
<inertial>
<mass>0.5</mass>
</inertial>
<collision name="thigh_rl_collision">
<geometry>
<box>
<size>0.03 0.03 0.15</size>
</box>
</geometry>
</collision>
<visual name="thigh_rl_visual">
<geometry>
<box>
<size>0.03 0.03 0.15</size>
</box>
</geometry>
<material>
<ambient>0.4 0.4 0.4 1</ambient>
</material>
</visual>
</link>
<joint name="thigh_rl_joint" type="revolute">
<parent>hip_rl</parent>
<child>thigh_rl</child>
<axis>
<xyz>1 0 0</xyz>
<limit>
<lower>-1.57</lower>
<upper>1.57</upper>
</limit>
</axis>
</joint>
<link name="shin_rl">
<pose>0 0 -0.15 0 0 0</pose>
<inertial>
<mass>0.2</mass>
</inertial>
<collision name="shin_rl_collision">
<geometry>
<box>
<size>0.02 0.02 0.15</size>
</box>
</geometry>
</collision>
<visual name="shin_rl_visual">
<geometry>
<box>
<size>0.02 0.02 0.15</size>
</box>
</geometry>
<material>
<ambient>0.3 0.3 0.3 1</ambient>
</material>
</visual>
<sensor name="foot_contact_rl" type="contact">
<contact>
<collision>shin_rl_collision</collision>
</contact>
</sensor>
</link>
<joint name="shin_rl_joint" type="revolute">
<parent>thigh_rl</parent>
<child>shin_rl</child>
<axis>
<xyz>1 0 0</xyz>
<limit>
<lower>-2.5</lower>
<upper>-0.1</upper>
</limit>
</axis>
</joint>
<!-- 右后腿 -->
<link name="hip_rr">
<pose>-0.2 -0.15 0 0 0 0</pose>
<inertial>
<mass>0.3</mass>
</inertial>
<visual name="hip_rr_visual">
<geometry>
<cylinder>
<radius>0.02</radius>
<height>0.04</height>
</cylinder>
</geometry>
</visual>
</link>
<joint name="hip_rr_joint" type="revolute">
<parent>torso</parent>
<child>hip_rr</child>
<axis>
<xyz>0 0 1</xyz>
<limit>
<lower>-1.57</lower>
<upper>1.57</upper>
</limit>
</axis>
</joint>
<link name="thigh_rr">
<pose>0 0 -0.15 0 0 0</pose>
<inertial>
<mass>0.5</mass>
</inertial>
<collision name="thigh_rr_collision">
<geometry>
<box>
<size>0.03 0.03 0.15</size>
</box>
</geometry>
</collision>
<visual name="thigh_rr_visual">
<geometry>
<box>
<size>0.03 0.03 0.15</size>
</box>
</geometry>
<material>
<ambient>0.4 0.4 0.4 1</ambient>
</material>
</visual>
</link>
<joint name="thigh_rr_joint" type="revolute">
<parent>hip_rr</parent>
<child>thigh_rr</child>
<axis>
<xyz>1 0 0</xyz>
<limit>
<lower>-1.57</lower>
<upper>1.57</upper>
</limit>
</axis>
</joint>
<link name="shin_rr">
<pose>0 0 -0.15 0 0 0</pose>
<inertial>
<mass>0.2</mass>
</inertial>
<collision name="shin_rr_collision">
<geometry>
<box>
<size>0.02 0.02 0.15</size>
</box>
</geometry>
</collision>
<visual name="shin_rr_visual">
<geometry>
<box>
<size>0.02 0.02 0.15</size>
</box>
</geometry>
<material>
<ambient>0.3 0.3 0.3 1</ambient>
</material>
</visual>
<sensor name="foot_contact_rr" type="contact">
<contact>
<collision>shin_rr_collision</collision>
</contact>
</sensor>
</link>
<joint name="shin_rr_joint" type="revolute">
<parent>thigh_rr</parent>
<child>shin_rr</child>
<axis>
<xyz>1 0 0</xyz>
<limit>
<lower>-2.5</lower>
<upper>-0.1</upper>
</limit>
</axis>
</joint>
<!-- IMU 传感器 -->
<link name="imu_link">
<pose>0 0 0.05 0 0 0</pose>
<sensor name="imu" type="imu">
<update_rate>200</update_rate>
<plugin filename="gz-sim-sensors-imu-system" name="gz::sim::systems::Imu">
<ros>
<namespace>/quadruped</namespace>
</ros>
</plugin>
</sensor>
</link>
<joint name="imu_joint" type="fixed">
<parent>torso</parent>
<child>imu_link</child>
</joint>
<!-- 关节状态发布 -->
<plugin filename="gz-sim-joint-state-publisher-system" name="gz::sim::systems::JointStatePublisher">
<update_period>0.01</update_period>
</plugin>
</model>
</sdf>
液压驱动四足
<!-- 液压缸配置 -->
<link name="hydraulic_cylinder">
<pose>0 0 0 0 0 0</pose>
<inertial>
<mass>0.2</mass>
</inertial>
<visual name="hydraulic_visual">
<geometry>
<cylinder>
<radius>0.015</radius>
<length>0.1</length>
</cylinder>
</geometry>
<material>
<ambient>0.5 0.5 0.5 1</ambient>
</material>
</visual>
</link>
<joint name="hydraulic_joint" type="prismatic">
<parent>thigh_fl</parent>
<child>hydraulic_cylinder</child>
<axis>
<xyz>0 1 0</xyz>
<limit>
<lower>-0.05</lower>
<upper>0.05</upper>
<effort>50</effort>
<velocity>0.1</velocity>
</limit>
</axis>
</joint>
步态配置
trot (小跑) 步态
<!-- 步态参数 -->
<gazebo>
<plugin filename="quadruped_controller" name="quadruped::GaitController">
<!-- 步态周期 -->
<gait_period>0.4</gait_period>
<!-- 步幅 -->
<step_height>0.08</step_height>
<step_length>0.15</step_length>
<!-- 站立相位 -->
<stance_phase>0.5</stance_phase>
<swing_phase>0.5</swing_phase>
<!-- 对角线同步 -->
<diagonal_phase_offset>0.5</diagonal_phase_offset>
</plugin>
</gazebo>
walk (行走) 步态
<!-- 行走步态 - 单腿依次移动 -->
<gazebo>
<plugin filename="quadruped_controller" name="quadruped::GaitController">
<gait_period>0.8</gait_period>
<step_height>0.05</step_height>
<step_length>0.08</step_length>
<stance_phase>0.75</stance_phase>
<swing_phase>0.25</swing_phase>
<phase_sequence>sequential</phase_sequence>
</plugin>
</gazebo>
pace (慢跑) 步态
<!-- 同侧腿同步 -->
<gazebo>
<plugin filename="quadruped_controller" name="quadruped::GaitController">
<gait_period>0.5</gait_period>
<step_height>0.1</step_height>
<step_length>0.2</step_length>
<stance_phase>0.5</swing_phase>
<swing_phase>0.5</swing_phase>
<lateral_sequence>true</lateral_sequence>
</plugin>
</gazebo>
环境交互
地面检测
<!-- 足尖接触传感器 -->
<link name="shin_fl">
<sensor name="foot_contact" type="contact">
<update_rate>100</update_rate>
<contact>
<collision>shin_fl_collision</collision>
</contact>
<plugin filename="gz-sim-contact-system" name="gz::sim::systems::Contact">
<ros>
<namespace>/quadruped</namespace>
<remap>/foot_contact:=contact/FL</remap>
</ros>
</plugin>
</sensor>
</link>
足尖力传感器
<!-- 力感应 -->
<gazebo reference="shin_fl">
<sensor type="force_torque">
<force>
<noise type="gaussian">
<mean>0</mean>
<stddev>0.1</stddev>
</noise>
</force>
</sensor>
</gazebo>
地形适配
可变形地形
<!-- 软地面参数 -->
<gazebo reference="shin_fl">
<surface>
<friction>
<ode>
<mu>0.8</mu>
<mu2>0.8</mu2>
<slip1>0.1</slip1>
<slip2>0.1</slip2>
</ode>
</friction>
<contact>
<kp>1e6</kp>
<kd>100</kd>
<restitution>0.1</restitution>
</contact>
</surface>
</gazebo>
<!-- 沙地参数 -->
<gazebo reference="shin_fl">
<surface>
<friction>
<ode>
<mu>0.4</mu>
<mu2>0.4</mu2>
<slip1>0.2</slip1>
<slip2>0.2</slip2>
</ode>
</friction>
</surface>
</gazebo>
常见问题
问题 1: 机器人倾倒
解决方案：
- 检查重心位置
- 调整关节限位
- 验证平衡控制器
问题 2: 腿部抖动
解决方案：
- 增加阻尼系数
- 降低控制频率
- 调整 PID 参数
问题 3: 爬坡困难
解决方案：
- 增加足尖摩擦
- 调整步态参数
- 验证关节扭矩
相关资源
另见
- motion-control/ - 运动控制
- navigation/ - 导航配置