ROS 2 (Humble) 中建置「迷宮環境（Maze）」模擬場景 的完整說明

關於 ROS 2 (Humble) 中建置「迷宮環境（Maze）」模擬場景 的完整說明，

包含如何使用 .STL 格式建模物件、載入到 Gazebo 中，

以及整合 ROS 2 模組（如地圖、定位、導航）。

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🔷 一、什麼是 STL 格式（Stereolithography）

• .STL 是一種表示三角形網格的 3D 模型格式，常用於機構建模、3D 列印。

• 特點：

  • 僅描述幾何形狀（不包含顏色 / 材質 / 質感）

  • 可匯入到 Gazebo 作為靜態碰撞體或視覺模型

STL 在 Gazebo 中會透過 <mesh> 標籤載入成 visual 和 collision 組件。

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🔷 二、建立迷宮 STL 並匯入 Gazebo

1️⃣ 建模（你可使用以下任一工具）

• Blender：免費強大的 3D 建模軟體（可輸出 .stl）

• Fusion 360 / FreeCAD：適合精密機械建模

• TinkerCAD：簡易建模（教育用途）

匯出時請注意單位（cm / m），Gazebo 使用公尺為單位。

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2️⃣ STL 模型放置到資源資料夾

建議結構如下（符合 ROS package）：

bash
my_maze_world/
├── meshes/
│   └── maze_model.stl
├── models/
│   └── maze/
│       ├── model.config
│       └── model.sdf
├── launch/
│   └── maze_world.launch.py
├── worlds/
│   └── maze.world

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3️⃣ 建立 model.sdf（用於 Gazebo 載入 STL）

xml
<!-- models/maze/model.sdf -->
<sdf version="1.6">
  <model name="maze">
    <static>true</static>
    <link name="maze_link">
      <visual name="maze_visual">
        <geometry>
          <mesh>
            <uri>model://maze/meshes/maze_model.stl</uri>
            <scale>1 1 1</scale>
          </mesh>
        </geometry>
      </visual>
      <collision name="maze_collision">
        <geometry>
          <mesh>
            <uri>model://maze/meshes/maze_model.stl</uri>
            <scale>1 1 1</scale>
          </mesh>
        </geometry>
      </collision>
    </link>
  </model>
</sdf>

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4️⃣ 建立 model.config

xml
<!-- models/maze/model.config -->
<model>
  <name>maze</name>
  <version>1.0</version>
  <sdf version="1.6">model.sdf</sdf>
  <author>
    <name>Handel</name>
    <email>you@example.com</email>
  </author>
  <description>Maze simulation model</description>
</model>

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🔷 三、建立 Gazebo 世界檔（maze.world）

xml
<!-- worlds/maze.world -->
<sdf version="1.6">
  <world name="default">
    <include>
      <uri>model://sun</uri>
    </include>
    <include>
      <uri>model://ground_plane</uri>
    </include>
    <include>
      <uri>model://maze</uri>
    </include>
  </world>
</sdf>

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🔷 四、ROS 2 Humble 中整合 Gazebo

1️⃣ 安裝 ROS 2 Gazebo 套件（如尚未安裝）

bash
sudo apt install ros-humble-gazebo-ros-pkgs ros-humble-gazebo-ros2-control

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2️⃣ 建立 launch file

python
# launch/maze_world.launch.py
from launch import LaunchDescription
from launch_ros.actions import Node
from launch.actions import ExecuteProcess

def generate_launch_description():
    return LaunchDescription([
        ExecuteProcess(
            cmd=['gazebo', '--verbose', '-s', 'libgazebo_ros_factory.so', 
                 './worlds/maze.world'],
            cwd='<YOUR_PACKAGE_PATH>',
            output='screen'
        )
    ])

或使用 gazebo_ros 提供的 gazebo.launch.py，只需指定世界檔。

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🔷 五、啟動迷宮模擬環境

bash
cd ~/ros2_ws
colcon build
source install/setup.bash

ros2 launch my_maze_world maze_world.launch.py

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🔷 六、常見延伸整合

功能	使用方式
導入 SLAM 地圖建構	加入 SLAM node + SLAM toolbox (slam_toolbox)
AMCL 定位	使用 nav2_bringup，載入 .pgm + .yaml 地圖並配置初始位姿
自走導航	使用 Nav2 的 lifecycle bringup、設定路徑、goal pose
加入自走車模型	使用 URDF 或 XACRO 匯入機器人模型，搭配差速控制與 sensor plugin
使用 Rviz2 配合觀察	ros2 run rviz2 rviz2，載入機器人與地圖顯示，設定 Frame = map/base_link

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✅ 小結

模組	任務
.stl	建立迷宮模型
model.sdf	將 STL 載入 Gazebo 物件模型
maze.world	定義整個模擬場景
launch.py	啟動 Gazebo + 模型
Nav2	導航與避障
RViz2	觀察 SLAM / AMCL / 路徑等結果

如需：

• 範例 STL 模型 + SDF + 世界地圖

• 輸出 .pgm/.yaml 地圖給 Nav2 用

• 加入機器人模型與差速控制器

我可以幫你整理完整的 ROS 2 專案架構與腳本，是否需要一份 zip 專案樣板或 Docker 化模擬環境？