廖德 Handel Working Spece: 2025

2025年6月24日星期二

ros_maze_house.stl 模型 load by ros2 gazebo x11

ros_maze_house.stl 模型

markdown
ros_maze_house/
└── meshes/
    └── ros_maze_house.stl

接下來提供如何在 ROS 2 + Gazebo 11（Focal, Foxy 適用） 的 Docker 環境中，將該 STL 模型載入 Gazebo，並建立 ROS 套件的完整流程。

✅ 一、建立 ROS 2 套件 `ros_maze_house_world`

1. 建議結構

bash
ros2_ws/
└── src/
    └── ros_maze_house_world/
        ├── launch/
        │   └── maze_world.launch.py
        ├── models/
        │   └── maze_house/
        │       ├── model.config
        │       ├── model.sdf
        │       └── meshes/
        │           └── ros_maze_house.stl
        └── worlds/
            └── maze_house.world

✅ 二、編寫模型 SDF 檔案 `model.sdf`

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

✅ 三、建立 `model.config`

xml
<model>
  <name>maze_house</name>
  <version>1.0</version>
  <sdf version="1.6">model.sdf</sdf>
  <author>
    <name>ros-user</name>
    <email>ros@example.com</email>
  </author>
  <description>A STL-based maze model</description>
</model>

✅ 四、建立 Gazebo 世界檔 `maze_house.world`

xml
<sdf version="1.6">
  <world name="default">
    <include>
      <uri>model://sun</uri>
    </include>
    <include>
      <uri>model://ground_plane</uri>
    </include>
    <include>
      <uri>model://maze_house</uri>
    </include>
  </world>
</sdf>

✅ 五、建立 ROS 2 Launch 檔 `maze_world.launch.py`

python
from launch import LaunchDescription
from launch.actions import ExecuteProcess
from ament_index_python.packages import get_package_share_directory
import os

def generate_launch_description():
    pkg_path = get_package_share_directory('ros_maze_house_world')
    world_path = os.path.join(pkg_path, 'worlds', 'maze_house.world')

    return LaunchDescription([
        ExecuteProcess(
            cmd=[
                'gazebo',
                '--verbose',
                world_path,
                '-s', 'libgazebo_ros_factory.so'
            ],
            output='screen'
        )
    ])

✅ 六、使用 Docker 建立 ROS 2 + Gazebo 環境

bash
docker run -it --rm \
  --name ros2_gazebo_maze \
  --env="DISPLAY" \
  --env="QT_X11_NO_MITSHM=1" \
  --volume="/tmp/.X11-unix:/tmp/.X11-unix:rw" \
  --volume="$HOME/.Xauthority:/root/.Xauthority:rw" \
  --volume="$HOME/ros2_ws:/root/ros2_ws:rw" \
  --net=host \
  osrf/ros:foxy-desktop

⚠️ 若用 ROS 2 Humble 請使用 osrf/ros:humble-desktop，Gazebo 版本需切換為 Fortress。

✅ 七、Docker 容器中執行步驟

bash
cd /root/ros2_ws
source /opt/ros/foxy/setup.bash
colcon build --packages-select ros_maze_house_world
source install/setup.bash
ros2 launch ros_maze_house_world maze_world.launch.py

✅ 八、設定 GAZEBO_MODEL_PATH（避免模型找不到）

bash
export GAZEBO_MODEL_PATH=$GAZEBO_MODEL_PATH:/root/ros2_ws/install/ros_maze_house_world/share/ros_maze_house_world/models

2025年6月23日星期一

ROS2 build the new package for maze world 建立迷宮套件

ros2 pkg create --build-type ament_cmake my_maze_world 這個命令是 ROS 2 中用來創建一個新的 ROS 2 套件 (package) 的指令。讓我來為您詳細解釋這個命令的每個部分及其用途：

命令拆解與說明

ros2 pkg create
- 這是基礎命令，用於創建 ROS 2 套件。在 ROS 2 中，所有的程式碼、配置檔案、模型、啟動檔案等都被組織在套件中。這有助於模組化、重用和管理您的機器人專案。
--build-type ament_cmake
- 這個參數指定了您要創建的套件的建構系統類型。
- 在 ROS 2 中，主要的建構系統有兩種：
  - ament_cmake: 這是基於 CMake 的建構系統，主要用於編譯 C++ 程式碼。它也支援處理 Python 模組、設定檔等。對於包含 C++ 節點、模型檔案、啟動檔案等，這是最常用的建構類型。
  - ament_python: 這是專為純 Python 套件設計的建構系統。如果您只打算用 Python 編寫程式碼且沒有任何 C++ 部分，可以使用這個。
- 對於您打算在其中放置 Gazebo 模型、世界檔案和 ROS 2 啟動檔案的套件，ament_cmake 是正確且推薦的選擇，因為它提供了更廣泛的靈活性來管理這些資源。
my_maze_world
- 這是您要創建的新套件的名稱。您可以將其替換為任何您喜歡的、有意義的名稱。
- 命名慣例通常建議使用小寫字母和下劃線 (snake_case)。

執行這個命令會發生什麼？

當您在您的 ROS 2 工作空間的 src 目錄中執行這個命令時（例如，在 ~/ros2_ws/src），ros2 pkg create --build-type ament_cmake my_maze_world 將會：

創建一個新的目錄：在當前目錄下創建一個名為 my_maze_world 的新資料夾。
生成套件結構：在這個新資料夾內自動生成一個基本的套件結構，包括：
- CMakeLists.txt：CMake 建構系統的主要配置檔案，用於定義如何編譯和安裝套件中的內容。
- package.xml：套件的元資料檔案，包含套件的名稱、版本、描述、作者、維護者、以及最重要的依賴關係。ROS 2 使用這個檔案來了解套件所需的所有其他套件。
- src/：一個空的目錄，通常用於放置 C++ 原始碼檔案。
- include/：一個空的目錄，通常用於放置 C++ 頭檔案。
預設配置：CMakeLists.txt 和 package.xml 會被預先填充一些基礎的配置，讓您可以直接開始添加自己的程式碼和資源。

為什麼要創建這個套件？

創建像 my_maze_world 這樣的套件有以下幾個主要目的：

組織與管理：它提供了一個結構化的方式來組織所有與您的迷宮環境相關的檔案，例如：
- 3D 模型檔案 (STL)。
- Gazebo 模型描述檔案 (SDF)。
- Gazebo 世界檔案 (World)。
- ROS 2 啟動檔案 (Launch)。
- 任何未來可能與迷宮互動的自定義 ROS 2 節點（例如，用於生成目標點或監控迷宮狀態的 Python/C++ 節點）。
依賴性管理：透過 package.xml，您可以明確定義您的迷宮套件所依賴的其他 ROS 2 套件（例如 gazebo_ros、rclpy、xacro 等）。這使得其他人在使用您的套件時，可以更容易地安裝所有必要的依賴項。
可重用性與分享：將迷宮相關的資源封裝在一個套件中，使得您可以輕鬆地在不同的專案中重用它，或與其他人分享您的迷宮環境。
建構系統集成：ament_cmake 確保您的套件能夠被 colcon build 正確地編譯和安裝，從而將所有資源放置到 ROS 2 的安裝目錄中，方便被其他 ROS 2 節點或工具找到和使用。

簡而言之，my_maze_world 這個套件將成為您在 ROS 2 Humble 中管理和啟動迷宮模擬環境的中心。

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）。

🔷 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。

🔷 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。

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

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>

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>

🔷 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>

🔷 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

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。

🔷 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

🔷 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

✅ 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？

ROS2 建立 my_maze_world 迷宮模型的 package

以下是你要建立 my_maze_world 這個 ROS 2 Humble 套件的完整流程與建議放置位置，包含：

建立 ROS 2 package
放置 STL 模型、SDF 檔、world 檔、launch 檔
編譯與啟動

✅ 1. 推薦放置目錄

請在你的 ROS 2 開發空間（通常是 ~/ros2_ws）中操作：

bash
cd ~/ros2_ws/src
ros2 pkg create --build-type ament_cmake my_maze_world

這會產生以下目錄結構：

css
ros2_ws/
└── src/
    └── my_maze_world/
        ├── CMakeLists.txt
        ├── package.xml

✅ 2. 加入 STL / SDF / world / launch 等資源檔案

建議加入以下資料夾結構：

lua
my_maze_world/
├── CMakeLists.txt
├── package.xml
├── launch/
│   └── maze_world.launch.py
├── meshes/
│   └── maze_model.stl
├── models/
│   └── maze/
│       ├── model.config
│       └── model.sdf
├── worlds/
│   └── maze.world
├── resource/
│   └── ...

✅ 3. 修改 `CMakeLists.txt`（加入安裝設定）

請在 CMakeLists.txt 加入：

cmake
install(DIRECTORY
  launch
  models
  meshes
  worlds
  DESTINATION share/${PROJECT_NAME}
)

✅ 4. 修改 `package.xml`（加入依賴）

加入 gazebo 相關依賴（必要時）：

xml
<exec_depend>gazebo_ros</exec_depend>

✅ 5. 編譯套件

bash
cd ~/ros2_ws
colcon build --packages-select my_maze_world
source install/setup.bash

✅ 6. 啟動模擬環境

bash
ros2 launch my_maze_world maze_world.launch.py

確保你有正確安裝 Gazebo 並設好環境變數（如：GAZEBO_MODEL_PATH）

✅ 7. 設定 GAZEBO_MODEL_PATH（讓 Gazebo 找到模型）

bash
export GAZEBO_MODEL_PATH=$GAZEBO_MODEL_PATH:~/ros2_ws/install/my_maze_world/share/my_maze_world/models

建議你可以加入 .bashrc：

bash
echo 'export GAZEBO_MODEL_PATH=$GAZEBO_MODEL_PATH:$HOME/ros2_ws/install/my_maze_world/share/my_maze_world/models' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

✅ 範例專案完成後執行畫面

成功後你會看到：

Gazebo 啟動，載入 ground_plane、sun、maze.stl 迷宮模型
可手動放入機器人進行 SLAM、Nav2 等應用

如果你需要我幫你建立這個 ROS 2 my_maze_world package 的初始專案 zip 包，包含：

STL 測試模型
Gazebo 世界檔
SDF 模型定義
含啟動 launch 的完整專案

也可以提供，請告訴我你要的格式。

2025年6月11日星期三

ROS 2 Gazebo 並整合控制與感測器

將模型放入 ROS 2 Gazebo 並整合控制與感測器

本指南將詳細說明如何將您的 URDF 模型整合到 ROS 2 Gazebo 環境中，並加入控制插件、感測器模擬以及 RViz 可視化配置。內容基於您提供的資訊進行組織。

關於檔案名稱的注意事項： 您提供的 zip 檔案包含一個資料夾 ROS小車URDF-02，其中有一個 .urdf 檔案和多個 .stl 檔案（機構模型），命名中有中文亂碼（例如 Φ╗èΘ½ö_IMU.stl），這可能是編碼問題造成的。在實際操作中，建議將這些檔案重新命名為英文或純數字名稱，以避免潛在問題。本指南中的範例會使用簡化的英文名稱。

✅ 一、前置需求 ▶

請確保您已安裝以下軟體：

ROS 2（如 Humble / Iron）
Gazebo（通常是 Gazebo Classic，非 Ignition）
ros_ign_gazebo（如果您使用的是 Ignition 版本）
gazebo_ros_pkgs

✅ 二、解壓模型檔案 ▶

假設您有一個 ROS 2 workspace 位於 ~/ros2_ws。請使用以下指令將壓縮包解壓到您的 ROS 2 工作區：

bash 已複製!

cd ~/ros2_ws/src
unzip /mnt/data/ROS小車URDF-02.zip -d urdf_car

這會將內容解壓到 ~/ros2_ws/src/urdf_car 資料夾中。

✅ 三、檢查模型目錄結構 ▶

解壓後，請確保目錄內包含類似以下結構（請根據實際情況調整檔案名稱）：

swift 已複製!

urdf_car/
├── CMakeLists.txt
├── package.xml
├── launch/
│   └── gazebo.launch.py
├── urdf/
│   └── car.urdf.xacro  或 car.urdf (根據您提供的檔案應為 .urdf)
├── meshes/
│   └── *.dae / *.stl
└── world/
    └── your_world.world (optional)

如果檔案是 .xacro 格式，您需要在啟動前轉換成 URDF 格式。由於您提供的檔案是 .urdf，通常不需要額外轉換，但請檢查內容是否完整。

✅ 四、建立 launch 檔來載入模型至 Gazebo ▶

這是一個典型的 gazebo.launch.py 範例，可以用來載入車模到 Gazebo。請將此內容儲存到 urdf_car/launch/gazebo.launch.py。確保 arguments=['urdf/car.urdf'] 中的檔案名稱與您的模型實際名稱一致。

python 已複製!

from launch import LaunchDescription
from launch_ros.actions import Node
from launch.actions import ExecuteProcess

def generate_launch_description():
    return LaunchDescription([
        # 啟動 Gazebo 模擬器 
        ExecuteProcess(
            cmd=['gazebo', '--verbose', '-s', 'libgazebo_ros_factory.so'],
            output='screen'),

        # 載入車輛模型
        Node(
            package='robot_state_publisher',
            executable='robot_state_publisher',
            name='robot_state_publisher',
            output='screen', 
            parameters=[{'use_sim_time': True}],
            arguments=['urdf/car.urdf']  # 根據實際檔名修改，例如 'urdf/ROS小車URDF-02.urdf'
        ),

        # Spawn Model 到 Gazebo 中
        Node(
            package='gazebo_ros',
            executable='spawn_entity.py',
            arguments=['-entity', 'urdf_car', '-file', 'urdf/car.urdf', '-x', '0', '-y', '0', '-z', '0.2'], 
            output='screen'
        )
    ])

✅ 五、編譯並啟動 ▶

回到工作區根目錄並編譯您的 package：

bash 已複製!

cd ~/ros2_ws
colcon build --packages-select urdf_car
source install/setup.bash

啟動模擬：

bash 已複製!

ros2 launch urdf_car gazebo.launch.py

✅ 六、建議補充（選用） ▶

以下是進一步增強您的模型與模擬環境的建議：

加入控制插件（如 diff_drive_controller）
加入感測器模擬（如 lidar、camera、IMU）
撰寫控制節點與 RViz 可視化配置

接下來的步驟

以下將說明如何加入控制器、感測器模擬、RViz 可視化設定及控制節點。

① 修改 URDF：加入 Plugin 和 Sensor 模組

請將以下範例片段加入到您的 URDF 檔案中。通常這些 <gazebo> 標籤會放在 </robot> 標籤之前，或者與對應的 <link> 標籤在相同的 <robot> 範圍內。請確保連接 (reference) 的 link name 正確。

✅ 加入 Diff Drive Controller Plugin

xml 已複製!

<gazebo>
  <plugin name="diff_drive" filename="libgazebo_ros_diff_drive.so">
    <ros>
      <namespace>/</namespace> 
    </ros>
    <update_rate>50</update_rate>
    <left_wheel>left_wheel_joint</left_wheel>
    <right_wheel>right_wheel_joint</right_wheel>
    <wheel_separation>0.5</wheel_separation>
    <wheel_diameter>0.15</wheel_diameter>
    <command_topic>cmd_vel</command_topic>
    <odometry_topic>odom</odometry_topic>
    <odometry_frame>odom</odometry_frame>
    <robot_base_frame>base_link</robot_base_frame>
    <publish_tf>true</publish_tf>
  </plugin>
</gazebo>

注意： 請將 left_wheel_joint 和 right_wheel_joint 替換為您 URDF 中實際定義的左右輪關節名稱。

✅ 加入 IMU 感測器模擬

xml 已複製!

<link name="imu_link">
  <inertial>
    <mass value="0.01"/>
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
    <inertia ixx="0.001" ixy="0.0" ixz="0.0" iyy="0.001" iyz="0.0" izz="0.001"/>
  </inertial>
</link>

<gazebo reference="imu_link">
  <sensor name="imu_sensor" type="imu">
    <always_on>true</always_on>
    <update_rate>50</update_rate>
    <imu> 
      <angular_velocity />
      <linear_acceleration />
    </imu>
    <plugin name="imu_plugin" filename="libgazebo_ros_imu_sensor.so"/>
  </sensor>
</gazebo>

注意： 您需要在 URDF 中定義一個名為 imu_link 的連結，並將其放置在模型中 IMU 實際位置。如果您的模型中已有名為 Φ╗èΘ½ö_IMU.stl 的 mesh，則可能需要創建一個對應的 link 和 joint，並將此 <gazebo reference="imu_link"> 部分與其關聯。

✅ 加入相機模擬（RGB Camera）

xml 已複製!

<gazebo reference="camera_link">
  <sensor name="camera_sensor" type="camera">
    <camera>
      <horizontal_fov>1.39626</horizontal_fov>
      <image>
        <width>640</width>
        <height>480</height>
        <format>R8G8B8</format>
      </image>
      <clip>
        <near>0.1</near>
        <far>100</far> 
      </clip>
    </camera>
    <plugin name="camera_controller" filename="libgazebo_ros_camera.so">
      <camera_name>camera</camera_name>
      <image_topic_name>image_raw</image_topic_name>
      <camera_info_topic_name>camera_info</camera_info_topic_name>
    </plugin>
  </sensor>
</gazebo>

注意： 您需要在 URDF 中定義一個名為 camera_link 的連結，並將其放置在模型中相機實際位置。

✅ 加入 LiDAR 模擬（單線雷達）

xml 已複製!

<gazebo reference="lidar_link">
  <sensor name="lidar_sensor" type="ray">
    <ray>
      <scan>
        <horizontal>
          <samples>720</samples>
          <resolution>1</resolution>
          <min_angle>-1.57</min_angle>
          <max_angle>1.57</max_angle> 
        </horizontal>
      </scan>
      <range>
        <min>0.1</min>
        <max>10.0</max>
        <resolution>0.01</resolution>
      </range>
    </ray>
    <plugin name="gazebo_ros_laser" filename="libgazebo_ros_ray_sensor.so"/>
  </sensor>
</gazebo>

注意： 您需要在 URDF 中定義一個名為 lidar_link 的連結，並將其放置在模型中 LiDAR 實際位置。

② RViz 可視化設定

在您的 urdf_car package 中新增一個 rviz 資料夾，並在其中創建一個 car_config.rviz 檔案。將以下內容複製到該檔案中。這是一個簡化示意，您可以根據需要添加更多顯示項。

ini 已複製!

Visualization Manager:
  Class: ""
  Displays:
    - Name: RobotModel
      Enabled: true
      Robot Description: robot_description 
    - Name: TF
      Enabled: true
    - Name: Odometry
      Topic: /odom
      Enabled: true
    - Name: LaserScan
      Topic: /scan
      Enabled: true

③ 控制節點（Teleop 範例）

要透過鍵盤控制車輛，您可以安裝 teleop_twist_keyboard package。

安裝：

bash 已複製!

sudo apt install ros-humble-teleop-twist-keyboard

執行：

bash 已複製!

ros2 run teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard

這會發布 /cmd_vel 主題，用於控制車子移動。

④ 啟動 Launch 檔整合

您可以建立一個新的 bringup.launch.py 檔案（例如在 urdf_car/launch/ 中）來一次性啟動 Gazebo、模型和 RViz。

python 已複製!

from launch import LaunchDescription
from launch.actions import IncludeLaunchDescription
from launch.launch_description_sources import PythonLaunchDescriptionSource
from launch_ros.actions import Node
import os
from ament_index_python.packages import get_package_share_directory # 需要添加此行以獲取包路徑

def generate_launch_description():
    pkg_share = get_package_share_directory('urdf_car') # 獲取 urdf_car 包的安裝路徑

    return LaunchDescription([
        # 啟動 Gazebo + 模型 
        IncludeLaunchDescription(
            PythonLaunchDescriptionSource(os.path.join(pkg_share, 'launch', 'gazebo.launch.py'))
        ),

        # 啟動 RViz
        Node(
            package='rviz2',
            executable='rviz2',
            name='rviz2',
            arguments=['-d', os.path.join(pkg_share, 'rviz', 'car_config.rviz')], 
            output='screen'
        ),
    ])

注意： 您可能需要手動編輯 urdf_car/CMakeLists.txt 和 package.xml，以確保這些新的 launch 和 rviz 檔案會被安裝到 package 的 share 目錄中。例如，在 CMakeLists.txt 中加入類似以下行：

cmake 已複製!

install(
    DIRECTORY launch rviz
    DESTINATION share/${PROJECT_NAME}
)
install(
    FILES urdf/car.urdf # 如果您的urdf在urdf/下，請確保安裝
    DESTINATION share/${PROJECT_NAME}/urdf
)
install(
    DIRECTORY meshes # 如果您有 meshes 資料夾，請確保安裝
    DESTINATION share/${PROJECT_NAME}/meshes
)

並在 package.xml 中確認所有依賴都已聲明，例如 gazebo_ros, robot_state_publisher, rviz2 等。

✅ 總結 ▶

完成這些步驟後，您現在將擁有一個更完整的 ROS 2 Gazebo 模擬環境：

URDF 中加入了輪控器、IMU、雷達、相機模擬。
RViz 可視化：可顯示模型、雷達、IMU 等。
控制節點：可用鍵盤控制車輛。
啟動腳本：自動載入模型與視覺化環境。

若您需要實際修改您的 URDF 檔案並產出完整的工作範例，或者需要協助產生 package.xml、CMakeLists.txt 等，我可以進一步提供協助。

ROS2_Gazebo_URDF build and Load

將模型放入 ROS 2 Gazebo 並整合控制與感測器

本指南將詳細說明如何將您的 URDF 模型整合到 ROS 2 Gazebo 環境中，並加入控制插件、感測器模擬以及 RViz 可視化配置。內容基於您提供的資訊進行組織。

✅ 一、前置需求 ▶

請確保您已安裝以下軟體：

ROS 2（如 Humble / Iron）
Gazebo（通常是 Gazebo Classic，非 Ignition）
ros_ign_gazebo（如果您使用的是 Ignition 版本）
gazebo_ros_pkgs

✅ 二、解壓模型檔案 ▶

假設您有一個 ROS 2 workspace 位於 ~/ros2_ws。請使用以下指令將壓縮包解壓到您的 ROS 2 工作區：

bash 已複製!

cd ~/ros2_ws/src
unzip /mnt/data/ROS小車URDF-02.zip -d urdf_car

這會將內容解壓到 ~/ros2_ws/src/urdf_car 資料夾中。

✅ 三、檢查模型目錄結構 ▶

解壓後，請確保目錄內包含類似以下結構（請根據實際情況調整檔案名稱）：

swift 已複製!

urdf_car/
├── CMakeLists.txt
├── package.xml
├── launch/
│   └── gazebo.launch.py
├── urdf/
│   └── car.urdf.xacro  或 car.urdf (根據您提供的檔案應為 .urdf)
├── meshes/
│   └── *.dae / *.stl
└── world/
    └── your_world.world (optional)

如果檔案是 .xacro 格式，您需要在啟動前轉換成 URDF 格式。由於您提供的檔案是 .urdf，通常不需要額外轉換，但請檢查內容是否完整。

✅ 四、建立 launch 檔來載入模型至 Gazebo ▶

python 已複製!

from launch import LaunchDescription
from launch_ros.actions import Node
from launch.actions import ExecuteProcess

def generate_launch_description():
    return LaunchDescription([
        # 啟動 Gazebo 模擬器 
        ExecuteProcess(
            cmd=['gazebo', '--verbose', '-s', 'libgazebo_ros_factory.so'],
            output='screen'),

        # 載入車輛模型
        Node(
            package='robot_state_publisher',
            executable='robot_state_publisher',
            name='robot_state_publisher',
            output='screen', 
            parameters=[{'use_sim_time': True}],
            arguments=['urdf/car.urdf']  # 根據實際檔名修改，例如 'urdf/ROS小車URDF-02.urdf'
        ),

        # Spawn Model 到 Gazebo 中
        Node(
            package='gazebo_ros',
            executable='spawn_entity.py',
            arguments=['-entity', 'urdf_car', '-file', 'urdf/car.urdf', '-x', '0', '-y', '0', '-z', '0.2'], 
            output='screen'
        )
    ])

✅ 五、編譯並啟動 ▶

回到工作區根目錄並編譯您的 package：

bash 已複製!

cd ~/ros2_ws
colcon build --packages-select urdf_car
source install/setup.bash

啟動模擬：

bash 已複製!

ros2 launch urdf_car gazebo.launch.py

✅ 六、建議補充（選用） ▶

以下是進一步增強您的模型與模擬環境的建議：

加入控制插件（如 diff_drive_controller）
加入感測器模擬（如 lidar、camera、IMU）
撰寫控制節點與 RViz 可視化配置

接下來的步驟

以下將說明如何加入控制器、感測器模擬、RViz 可視化設定及控制節點。

① 修改 URDF：加入 Plugin 和 Sensor 模組

✅ 加入 Diff Drive Controller Plugin

xml 已複製!

<gazebo>
  <plugin name="diff_drive" filename="libgazebo_ros_diff_drive.so">
    <ros>
      <namespace>/</namespace> 
    </ros>
    <update_rate>50</update_rate>
    <left_wheel>left_wheel_joint</left_wheel>
    <right_wheel>right_wheel_joint</right_wheel>
    <wheel_separation>0.5</wheel_separation>
    <wheel_diameter>0.15</wheel_diameter>
    <command_topic>cmd_vel</command_topic>
    <odometry_topic>odom</odometry_topic>
    <odometry_frame>odom</odometry_frame>
    <robot_base_frame>base_link</robot_base_frame>
    <publish_tf>true</publish_tf>
  </plugin>
</gazebo>

注意： 請將 left_wheel_joint 和 right_wheel_joint 替換為您 URDF 中實際定義的左右輪關節名稱。

✅ 加入 IMU 感測器模擬

xml 已複製!

<link name="imu_link">
  <inertial>
    <mass value="0.01"/>
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
    <inertia ixx="0.001" ixy="0.0" ixz="0.0" iyy="0.001" iyz="0.0" izz="0.001"/>
  </inertial>
</link>

<gazebo reference="imu_link">
  <sensor name="imu_sensor" type="imu">
    <always_on>true</always_on>
    <update_rate>50</update_rate>
    <imu> 
      <angular_velocity />
      <linear_acceleration />
    </imu>
    <plugin name="imu_plugin" filename="libgazebo_ros_imu_sensor.so"/>
  </sensor>
</gazebo>

✅ 加入相機模擬（RGB Camera）

xml 已複製!

<gazebo reference="camera_link">
  <sensor name="camera_sensor" type="camera">
    <camera>
      <horizontal_fov>1.39626</horizontal_fov>
      <image>
        <width>640</width>
        <height>480</height>
        <format>R8G8B8</format>
      </image>
      <clip>
        <near>0.1</near>
        <far>100</far> 
      </clip>
    </camera>
    <plugin name="camera_controller" filename="libgazebo_ros_camera.so">
      <camera_name>camera</camera_name>
      <image_topic_name>image_raw</image_topic_name>
      <camera_info_topic_name>camera_info</camera_info_topic_name>
    </plugin>
  </sensor>
</gazebo>

注意： 您需要在 URDF 中定義一個名為 camera_link 的連結，並將其放置在模型中相機實際位置。

✅ 加入 LiDAR 模擬（單線雷達）

xml 已複製!

<gazebo reference="lidar_link">
  <sensor name="lidar_sensor" type="ray">
    <ray>
      <scan>
        <horizontal>
          <samples>720</samples>
          <resolution>1</resolution>
          <min_angle>-1.57</min_angle>
          <max_angle>1.57</max_angle> 
        </horizontal>
      </scan>
      <range>
        <min>0.1</min>
        <max>10.0</max>
        <resolution>0.01</resolution>
      </range>
    </ray>
    <plugin name="gazebo_ros_laser" filename="libgazebo_ros_ray_sensor.so"/>
  </sensor>
</gazebo>

注意： 您需要在 URDF 中定義一個名為 lidar_link 的連結，並將其放置在模型中 LiDAR 實際位置。

② RViz 可視化設定

ini 已複製!

Visualization Manager:
  Class: ""
  Displays:
    - Name: RobotModel
      Enabled: true
      Robot Description: robot_description 
    - Name: TF
      Enabled: true
    - Name: Odometry
      Topic: /odom
      Enabled: true
    - Name: LaserScan
      Topic: /scan
      Enabled: true

③ 控制節點（Teleop 範例）

要透過鍵盤控制車輛，您可以安裝 teleop_twist_keyboard package。

安裝：

bash 已複製!

sudo apt install ros-humble-teleop-twist-keyboard

執行：

bash 已複製!

ros2 run teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard

這會發布 /cmd_vel 主題，用於控制車子移動。

④ 啟動 Launch 檔整合

您可以建立一個新的 bringup.launch.py 檔案（例如在 urdf_car/launch/ 中）來一次性啟動 Gazebo、模型和 RViz。

python 已複製!

from launch import LaunchDescription
from launch.actions import IncludeLaunchDescription
from launch.launch_description_sources import PythonLaunchDescriptionSource
from launch_ros.actions import Node
import os
from ament_index_python.packages import get_package_share_directory # 需要添加此行以獲取包路徑

def generate_launch_description():
    pkg_share = get_package_share_directory('urdf_car') # 獲取 urdf_car 包的安裝路徑

    return LaunchDescription([
        # 啟動 Gazebo + 模型 
        IncludeLaunchDescription(
            PythonLaunchDescriptionSource(os.path.join(pkg_share, 'launch', 'gazebo.launch.py'))
        ),

        # 啟動 RViz
        Node(
            package='rviz2',
            executable='rviz2',
            name='rviz2',
            arguments=['-d', os.path.join(pkg_share, 'rviz', 'car_config.rviz')], 
            output='screen'
        ),
    ])

cmake 已複製!

install(
    DIRECTORY launch rviz
    DESTINATION share/${PROJECT_NAME}
)
install(
    FILES urdf/car.urdf # 如果您的urdf在urdf/下，請確保安裝
    DESTINATION share/${PROJECT_NAME}/urdf
)
install(
    DIRECTORY meshes # 如果您有 meshes 資料夾，請確保安裝
    DESTINATION share/${PROJECT_NAME}/meshes
)

並在 package.xml 中確認所有依賴都已聲明，例如 gazebo_ros, robot_state_publisher, rviz2 等。

✅ 總結 ▶

完成這些步驟後，您現在將擁有一個更完整的 ROS 2 Gazebo 模擬環境：

URDF 中加入了輪控器、IMU、雷達、相機模擬。
RViz 可視化：可顯示模型、雷達、IMU 等。
控制節點：可用鍵盤控制車輛。
啟動腳本：自動載入模型與視覺化環境。

若您需要實際修改您的 URDF 檔案並產出完整的工作範例，或者需要協助產生 package.xml、CMakeLists.txt 等，我可以進一步提供協助。

2025年4月18日星期五

成功安裝了 micro-ROS / ROS 2 ESP32 開發環境

已經成功安裝了 micro-ROS / ROS 2 ESP32 開發環境所需的 Python 套件與 colcon 工具鏈，其中包括：

✅ colcon 相關核心與擴充
✅ empy（ROS2 build template 使用）
✅ pytest（unit test 支援）
✅ catkin_pkg（老式 ROS1 兼容用）
✅ PyYAML 等支援性工具

這表示你的 Python 環境、虛擬環境與 micro-ROS toolchain 現在都已經準備好，可以進行後續的韌體建構、燒錄與 agent 通訊測試。

🔜 建議你下一步可以做的事：

✅ 建構韌體

bash
ros2 run micro_ros_setup build_firmware.sh

這會編譯 ESP32 韌體（FreeRTOS + micro-ROS）並輸出至 firmware/build/ 目錄。

✅ 確認 USB 串口後燒錄（ESP32 預設為 `/dev/ttyUSB0`）

bash
export MICROROS_FIRMWARE_SERIAL_DEVICE=/dev/ttyUSB0
ros2 run micro_ros_setup flash_firmware.sh

✅ 執行 micro-ROS Agent（在主機端，連接到 ESP32）

bash
ros2 run micro_ros_agent micro_ros_agent serial --dev /dev/ttyUSB0

你應該會看到 micro-ROS agent 開始通訊、顯示 INFO micro_ros_agent 類似的日誌輸出。

✅ 測試 ROS 2 通訊（主機）

bash
ros2 topic list
ros2 topic echo /<你的 topic 名稱>

🛠 若你還沒寫 `app.c` 內容

你可以用預設範本：

bash
ros2 run micro_ros_setup configure_firmware.sh int32_publisher -t serial -d /dev/ttyUSB0

會建立一個簡單的 ROS publisher，固定頻率送 std_msgs/msg/Int32 到 /int32_publisher topic。

如果你之後想改成自訂的 topic、subscriber、timer、executor 範本，我可以幫你快速產一份乾淨的 app.c 模板。

是否需要我幫你生成一份 ESP32 專用的 micro-ROS 範例 app.c？或整個專案初始化腳本？

目前 firmware/ 裡沒有 esp-idf/ 資料夾，這代表 micro-ROS 的 ESP32 韌體環境建立雖然成功，但 ESP-IDF SDK 尚未下載或安裝完成，所以還不能開始 build。

🔍 為什麼沒有 `esp-idf/`？

這是因為 ESP-IDF 套件通常是在執行以下指令時才會被自動下載安裝：

bash
ros2 run micro_ros_setup build_firmware.sh

該指令會觸發：

建立 esp-idf/ 資料夾
執行 esp-idf/install.sh
設定 Python 虛擬環境
初始化環境變數（例如 . ./export.sh）

✅ 解法步驟

請你接下來執行這步驟：

bash
ros2 run micro_ros_setup build_firmware.sh

這會自動觸發以下操作：

Clone ESP-IDF（通常為 v4.4 版，根據 micro-ROS 設定）
安裝 Python 套件到 virtualenv
設定 toolchain 與編譯配置
準備 build tree 與 sdkconfig

🛠 若你遇到失敗（例如 proxy 或 pip 問題）

你也可以手動做：

bash
cd firmware/
git clone -b v4.4 --recursive https://github.com/espressif/esp-idf.git
cd esp-idf
./install.sh

完成後：

bash
. ./export.sh

然後再回去執行：

bash
ros2 run micro_ros_setup build_firmware.sh

📂 正常情況下的 `firmware/` 應為：

lua
firmware/
├── COLCON_IGNORE
├── PLATFORM
├── dev_ws/
├── freertos_apps/
├── mcu_ws/
├── toolchain/
└── esp-idf/      <-- ⚠️ 你現在缺少的這個

需要我幫你自動建立一套包含 ESP-IDF 的 micro-ROS ESP32 Docker 或 bash 安裝環境嗎？

可大幅簡化以上流程並支援 S3/C3 多板子切換。

====================================================

🧨 問題摘要：

ESP-IDF 工具鏈版本警告（非致命）
```
vbnet
WARNING: using an unsupported version of tool xtensa-esp32-elf...
```
➤ 表示你環境中有不符合 micro-ROS 預期版本的工具，但不會直接中斷 build。

真正的錯誤來自 app 沒選好或目錄不存在：

bash
head: cannot open '/home/ubuntu/data/firmware_esp32_ws/firmware/APP'
pushd: .../microros_esp32_extensions/build: No such file or directory

✅ 根本原因

你使用的是：

bash
ros2 run micro_ros_setup build_firmware.sh

但沒有先 設定 app 程式，micro-ROS build script 預設會讀取：

firmware/APP

這個檔案告訴 script 要從哪個 app 資料夾編譯。

✅ 解法步驟：正確設定 ESP32 範例 App

請執行下列指令設定一個官方提供的範例 App：

bash
ros2 run micro_ros_setup configure_firmware.sh int32_publisher -t serial -d /dev/ttyUSB0

這會：

在 firmware/freertos_apps/apps/int32_publisher/ 放一份範例 app.c
寫入 firmware/APP 檔案
設定好 ESP32 用的 serial 參數

接著再執行 build：

bash
ros2 run micro_ros_setup build_firmware.sh

🧪 驗證你是否成功設定 app

檢查這個檔案是否存在：

bash
cat firmware/APP
# 應該輸出類似：
# freertos_apps/apps/int32_publisher

確認這個資料夾有：

bash
ls firmware/freertos_apps/apps/int32_publisher/
# 應該包含 app.c

⚠️ 補充：toolchain warning 的處理建議

建議讓 micro-ROS 自動使用它內建的 toolchain，不要把 host 環境中其他版本插入 $PATH，避免以下狀況：

bash
WARNING: using an unsupported version...

若你不放心，可以把 host 中的 xtensa-esp32 toolchain 暫時移除 PATH 或用 Docker 隔離。

✅ 小結

動作	指令
設定 App	`ros2 run micro_ros_setup configure_firmware.sh int32_publisher -t serial -d /dev/ttyUSB0`
編譯韌體	`ros2 run micro_ros_setup build_firmware.sh`
燒錄 ESP32	`ros2 run micro_ros_setup flash_firmware.sh`
啟動 Agent	`ros2 run micro_ros_agent micro_ros_agent serial --dev /dev/ttyUSB0`

================================================================

[100%] Built target app

代表你的 ESP32 micro-ROS 專案中的 app.c 已經成功編譯完成，目前狀態：

✅ app 目標已正確被 CMake 和 make 編譯出來

✅ 所有依賴（如 rclc、std_msgs、freertos）都已連結成功

✅ 沒有出現 undefined reference 或 linking 錯誤

📦 下一步建議

如果你是透過 micro-ROS 官方工具鏈建立的 firmware（

也就是用：

bash

ros2 run micro_ros_setup configure_firmware.sh ...

）那麼接下來只要燒錄 ESP32 即可：

🔥 燒錄韌體至 ESP32

bash

export MICROROS_FIRMWARE_SERIAL_DEVICE=/dev/ttyUSB0

ros2 run micro_ros_setup flash_firmware.sh

⚠ 若使用 ESP32-S3 開發板，請記得加：

bash

export IDF_TARGET=esp32s3

🧠 啟動 micro-ROS agent（主機端，串接 ROS2）

bash

ros2 run micro_ros_agent micro_ros_agent serial --dev /dev/ttyUSB0

📡 測試 ROS2 Topic（如果你用的是 Int32 publisher 範本）

bash

ros2 topic list

ros2 topic echo /int_topic

🔧 想加功能？（下一步建議）

如果你已經成功編譯並燒錄，接下來你可以考慮擴展功能，例如：

加上 subscriber 處理主機命令

加上 timer 結合感測器（如 GPIO, ADC, I2C）

整合 IMU、溫濕度、GPS 等外接模組

使用 micro-ROS parameter 動態修改頻率或 topic 名稱

支援 OTA 或 BLE 傳輸

如果你想，我可以幫你生成：

subscriber + publisher 雙向通訊範例

ADC / GPIO 讀取整合進 timer callback

micro-ROS + FreeRTOS task 結合架構

micro-ROS + ESP-NOW 或 WiFi UDP 範例整合

需要我幫你生成哪一種？或你有特定硬體想整合？

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2025年6月24日 星期二

✅ 一、建立 ROS 2 套件 ros_maze_house_world

1. 建議結構

✅ 二、編寫模型 SDF 檔案 model.sdf

✅ 三、建立 model.config

✅ 四、建立 Gazebo 世界檔 maze_house.world

✅ 五、建立 ROS 2 Launch 檔 maze_world.launch.py

✅ 六、使用 Docker 建立 ROS 2 + Gazebo 環境

✅ 七、Docker 容器中執行步驟

✅ 八、設定 GAZEBO_MODEL_PATH（避免模型找不到）

2025年6月23日 星期一

命令拆解與說明

執行這個命令會發生什麼？

為什麼要創建這個套件？

🔷 一、什麼是 STL 格式（Stereolithography）

🔷 二、建立迷宮 STL 並匯入 Gazebo

1️⃣ 建模（你可使用以下任一工具）

2️⃣ STL 模型放置到資源資料夾

3️⃣ 建立 model.sdf（用於 Gazebo 載入 STL）

4️⃣ 建立 model.config

🔷 三、建立 Gazebo 世界檔（maze.world）

🔷 四、ROS 2 Humble 中整合 Gazebo

1️⃣ 安裝 ROS 2 Gazebo 套件（如尚未安裝）

2️⃣ 建立 launch file

🔷 五、啟動迷宮模擬環境

🔷 六、常見延伸整合

✅ 小結

✅ 1. 推薦放置目錄

✅ 2. 加入 STL / SDF / world / launch 等資源檔案

✅ 3. 修改 CMakeLists.txt（加入安裝設定）

✅ 4. 修改 package.xml（加入依賴）

✅ 5. 編譯套件

✅ 6. 啟動模擬環境

✅ 7. 設定 GAZEBO_MODEL_PATH（讓 Gazebo 找到模型）

✅ 範例專案完成後執行畫面

2025年6月11日 星期三

將模型放入 ROS 2 Gazebo 並整合控制與感測器

接下來的步驟

① 修改 URDF：加入 Plugin 和 Sensor 模組

✅ 加入 Diff Drive Controller Plugin

✅ 加入 IMU 感測器模擬

✅ 加入相機模擬（RGB Camera）

✅ 加入 LiDAR 模擬（單線雷達）

② RViz 可視化設定

③ 控制節點（Teleop 範例）

④ 啟動 Launch 檔整合

將模型放入 ROS 2 Gazebo 並整合控制與感測器

接下來的步驟

① 修改 URDF：加入 Plugin 和 Sensor 模組

✅ 加入 Diff Drive Controller Plugin

✅ 加入 IMU 感測器模擬

✅ 加入相機模擬（RGB Camera）

✅ 加入 LiDAR 模擬（單線雷達）

② RViz 可視化設定

③ 控制節點（Teleop 範例）

④ 啟動 Launch 檔整合

2025年4月18日 星期五

🔜 建議你下一步可以做的事：

✅ 建構韌體

✅ 確認 USB 串口後燒錄（ESP32 預設為 /dev/ttyUSB0）

✅ 執行 micro-ROS Agent（在主機端，連接到 ESP32）

✅ 測試 ROS 2 通訊（主機）

🛠 若你還沒寫 app.c 內容

🔍 為什麼沒有 esp-idf/？

✅ 解法步驟

🛠 若你遇到失敗（例如 proxy 或 pip 問題）

📂 正常情況下的 firmware/ 應為：

🧨 問題摘要：

✅ 根本原因

✅ 解法步驟：正確設定 ESP32 範例 App

🧪 驗證你是否成功設定 app

⚠️ 補充：toolchain warning 的處理建議

✅ 小結

2025年6月24日星期二

✅ 一、建立 ROS 2 套件 `ros_maze_house_world`

✅ 二、編寫模型 SDF 檔案 `model.sdf`

✅ 三、建立 `model.config`

✅ 四、建立 Gazebo 世界檔 `maze_house.world`

✅ 五、建立 ROS 2 Launch 檔 `maze_world.launch.py`

2025年6月23日星期一

4️⃣ 建立 `model.config`

✅ 3. 修改 `CMakeLists.txt`（加入安裝設定）

✅ 4. 修改 `package.xml`（加入依賴）

2025年6月11日星期三

2025年4月18日星期五

✅ 確認 USB 串口後燒錄（ESP32 預設為 `/dev/ttyUSB0`）

🛠 若你還沒寫 `app.c` 內容

🔍 為什麼沒有 `esp-idf/`？

📂 正常情況下的 `firmware/` 應為：