ROS2入门

本指南将帮助你快速上手 ROS2，包括安装、配置和基本使用。

1.1 安装ROS2

系统要求: Ubuntu 22.04, Ubuntu 24.04。

1.1.1 明确你的系统版本

使用下面的命令明确你安装的 Linux 系统和系统版本。

lsb_release -a

系统	版本	版本代号	对应的 ROS2 版本
Ubuntu	20.04	Focal Fossa (focal)	Foxy
Ubuntu	22.04	Jammy Jellyfish(jammy)	Humble
Ubuntu	24.04	Noble Numbat(noble)	Jazzy Jalisco

关于这个表格，我想补充以下几点说明：

1. Ubuntu 20.04 (Focal Fossa) 确实对应 ROS2 Foxy 版本。
2. Ubuntu 22.04 (Jammy Jellyfish) 通常对应 ROS2 Humble 版本。
3. Ubuntu 24.04 (Noble Numbat) 是最新的 LTS 版本，目前还没有明确对应的 ROS2 固定版本。它可能会使用 ROS2 的 Rolling 版本，这是一个持续更新的版本。

1.1.2 更新软件库并确保已经安装了 locale

更新软件

sudo apt update
sudo apt -y upgrade

确保安装了 locale:

locale  # 检查已安装的 locale
sudo apt install locales
sudo locale-gen en_US en_US.UTF-8
sudo update-locale LC_ALL=en_US.UTF-8 LANG=en_US.UTF-8
export LANG=en_US.UTF-8

1.1.3 添加 ROS2 源

首先，确保启用了 Ubuntu Universe 软件库：

sudo apt install software-properties-common
sudo add-apt-repository universe

然后，添加 ROS 2 GPG 密钥：

sudo apt update && sudo apt install curl gnupg2 -y
sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key -o /usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg

接下来，将软件源添加到您的软件源列表：

echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg] https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ros2/ubuntu $(. /etc/os-release && echo $UBUNTU_CODENAME) main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/ros2.list > /dev/null

更新 apt 缓存:

sudo apt update

1.1.4 安装 ROS 2 软件包。

您可以选择 桌面安装（推荐） 或者 基础安装：

桌面安装（推荐）：包含 ROS、RViz、示例和教程。

# 20.04
sudo apt install ros-foxy-desktop
# 22.04
sudo apt install ros-humble-desktop
# 24.04
sudo apt install ros-jazzy-desktop

基础安装：包含通信库、消息包、命令行工具。没有 GUI 工具。

# 20.04
sudo apt install ros-foxy-ros-base
# 22.04
sudo apt install ros-humble-ros-base
# 24.04
sudo apt install ros-jazzy-ros-base

安装 colcon :

sudo apt install python3-colcon-common-extensions

1.1.5 设置环境变量

每次打开新的 shell 时设置环境变量：

# 对于 20.04
source /opt/ros/foxy/setup.bash
# 对于 22.04
source /opt/ros/humble/setup.bash
# 对于 24.04
source /opt/ros/jazzy/setup.bash

你可以把它添加到你的 ~/.bashrc 或者 ~/.zshrc 中，这样每次启动一个终端就会自动加载 ROS2。

1.2 配置开发环境

1.2.1 本地安装 ROS2 和 VS Code

1. 安装 VS Code 使用Microsoft的官方仓库安装VS Code：

sudo apt-get install wget gpg
wget -qO- https://packages.microsoft.com/keys/microsoft.asc | gpg --dearmor > packages.microsoft.gpg
sudo install -o root -g root -m 644 packages.microsoft.gpg /etc/apt/trusted.gpg.d/
sudo sh -c 'echo "deb [arch=amd64,arm64,armhf signed-by=/etc/apt/trusted.gpg.d/packages.microsoft.gpg] https://packages.microsoft.com/repos/code stable main" > /etc/apt/sources.list.d/vscode.list'
rm -f packages.microsoft.gpg
sudo apt install apt-transport-https
sudo apt update
sudo apt install code

2. 配置 VS Code 的 ROS2 插件 - 打开 VS Code - 转到扩展页面（Ctrl+Shift+X） - 搜索并安装以下插件：
   • ROS
   • C/C++
   • Python

1.2.2 使用 VS Code Remote 远程连接

如果您已经在远程服务器上安装了ROS2，可以使用VS Code的Remote-SSH插件进行远程开发：

1. 在本地VS Code中安装Remote-SSH插件

2. 按下F1，输入”Remote-SSH: Connect to Host…”，然后输入远程服务器的SSH连接信息

3. VS Code将打开一个新窗口连接到远程服务器

4. 在远程VS Code中安装ROS、C/C++和Python插件

5. 打开远程服务器上的ROS2工作空间，开始开发

1.2.3 使用 Docker 安装 ROS2

1. 安装 Docker: 官方教程

2. 拉取 ROS2 Docker 镜像

   docker pull osrf/ros:jazz-desktop
   

3. 运行 ROS2 容器

   docker run -it --name ros2_dev osrf/ros:jazz-desktop
   

4. 在容器中安装开发工具

   apt update && apt install -y vim wget
   

5. 使用 VS Code 的 Remote-Containers 插件连接到 Docker 容器 - 安装 Remote-Containers 插件 - 按 F1，输入 “Remote-Containers: Attach to Running Container…” - 选择之前创建的 ROS2 容器 - VS Code 将在容器内打开一个新窗口

6. 在容器内的 VS Code 中安装 ROS、C/C++ 和 Python 插件

1.3 第一个ROS2程序: Hello World

1.3.1 创建ROS2工作空间

1. 打开一个新的终端窗口

2. 创建工作空间目录：

mkdir -p ~/ros2_ws/src
cd ~/ros2_ws

3. 构建空工作空间：

colcon build

4. 设置环境变量：

source install/setup.bash

1.3.2 创建一个简单的Publisher包

1. 进入src目录：

cd ~/ros2_ws/src

2. 使用ros2 pkg create命令创建一个新的包：

ros2 pkg create --build-type ament_python py_pubsub

3. 进入新创建的包目录：

cd py_pubsub

4. 在py_pubsub目录下创建一个新文件publisher_member_function.py：

touch py_pubsub/publisher_member_function.py

5. 使用文本编辑器（如VS Code）打开publisher_member_function.py，并添加以下代码：

import rclpy
from rclpy.node import Node

from std_msgs.msg import String


class MinimalPublisher(Node):

    def __init__(self):
        super().__init__('minimal_publisher')
        self.publisher_ = self.create_publisher(String, 'topic', 10)
        timer_period = 0.5  # seconds
        self.timer = self.create_timer(timer_period, self.timer_callback)
        self.i = 0

    def timer_callback(self):
        msg = String()
        msg.data = 'Hello World: %d' % self.i
        self.publisher_.publish(msg)
        self.get_logger().info('Publishing: "%s"' % msg.data)
        self.i += 1


def main(args=None):
    rclpy.init(args=args)

    minimal_publisher = MinimalPublisher()

    rclpy.spin(minimal_publisher)

    minimal_publisher.destroy_node()
    rclpy.shutdown()


if __name__ == '__main__':
    main()

6. 修改setup.py文件，在entry_points部分添加以下内容：

entry_points={
    'console_scripts': [
        'talker = py_pubsub.publisher_member_function:main',
    ],
},

1.3.3 构建和运行Publisher

1. 回到工作空间根目录：

cd ~/ros2_ws

2. 构建包：

colcon build --packages-select py_pubsub

3. 设置环境变量：

source install/setup.bash

4. 运行talker节点：

ros2 run py_pubsub talker

你应该会看到类似以下的输出：

[INFO] [minimal_publisher]: Publishing: "Hello World: 0"
[INFO] [minimal_publisher]: Publishing: "Hello World: 1"
[INFO] [minimal_publisher]: Publishing: "Hello World: 2"
...

1.3.4 验证Publisher是否正常工作

1. 打开一个新的终端窗口

2. 运行以下命令来查看发布的消息：

ros2 topic echo /topic

你应该会看到类似以下的输出：

data: 'Hello World: 10'
---
data: 'Hello World: 11'
---
data: 'Hello World: 12'
---

这就完成了创建和运行第一个ROS2程序的过程。这个简单的Publisher每隔0.5秒发布一条”Hello World”消息，并带有一个递增的计数器。

如果你想进一步扩展这个例子，可以考虑创建一个相应的Subscriber节点来接收和处理这些消息。这将帮助你更好地理解ROS2中的发布/订阅模式。

1.4 故障排除

在使用ROS2的过程中,你可能会遇到一些常见问题。以下是一些典型问题及其解决方法:

1.4.1 环境变量问题

症状: 运行ROS2命令时出现”Command not found”错误。

解决方法: 1. 确保已经source了ROS2的setup文件:

source /opt/ros/<distro>/setup.bash

将<distro>替换为你的ROS2版本(如foxy, humble等)。

2. 将上述命令添加到你的~/.bashrc文件中,以便每次打开新终端时自动执行:

   echo "source /opt/ros/<distro>/setup.bash" >> ~/.bashrc
   source ~/.bashrc
   

1.4.2 包找不到

症状: 使用ros2 run或ros2 launch时出现”Package not found”错误。

解决方法: 1. 确保你已经构建了包并source了工作空间:

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

2. 检查包名是否正确,使用以下命令列出所有可用的包:

   ros2 pkg list
   

1.4.3 节点通信问题

症状: 发布者发布消息,但订阅者没有接收到。

解决方法: 1. 检查发布者和订阅者是否在同一个ROS域(ROS_DOMAIN_ID)中:

echo $ROS_DOMAIN_ID

如果未设置,可以在~/.bashrc中添加:

export ROS_DOMAIN_ID=<some_number>

2. 使用ros2 topic list和ros2 topic echo命令检查话题是否正确发布:

   ros2 topic list
   ros2 topic echo /your_topic_name
   

1.4.4 编译错误

症状: 使用colcon build时出现编译错误。

解决方法: 1. 检查是否安装了所有必要的依赖:

rosdep install --from-paths src --ignore-src -r -y

2. 尝试清理构建文件夹后重新构建:

   rm -rf build install log
   colcon build --symlink-install
   

1.4.5 权限问题

症状: 运行ROS2命令时出现权限错误。

解决方法: 1. 检查文件权限:

ls -l /path/to/your/ros2/workspace

2. 如果需要,更改文件权限:

   chmod +x /path/to/your/script.py
   

1.4.6 版本兼容性问题

症状: 不同计算机之间的节点无法通信。

解决方法: 1. 确保所有计算机使用相同版本的ROS2:

ros2 --version

2. 检查消息类型是否一致:

   ros2 interface show <msg_type>
   

1.4.7 网络配置问题

症状: 在多机器设置中,节点无法发现或通信。

解决方法: 1. 检查防火墙设置,确保ROS2使用的端口（通常是7400和7401）是开放的。

2. 在~/.bashrc中设置ROS_LOCALHOST_ONLY变量为0:

   export ROS_LOCALHOST_ONLY=0
   

3. 确保所有机器都在同一个网络中,并且可以相互ping通。

如果你遇到的问题不在此列表中,建议查阅ROS2官方论坛或ROS Answers寻求更多帮助。记录错误信息和你尝试过的解决方法,这将有助于社区成员更好地帮助你解决问题。

参考资料

• ROS2 官方文档
• ROS2官方论坛
• ROS Answers
• 清华大学开源镜像站
• VSCode官方安装教程

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编辑者: 邓岂 孟世杰 创建时间: 2024-10-07 20:32 修改时间: 2024-10-07 20:32