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ROS2介绍

Updated 2023-12-30About 31 min read

An English translation is not available yet. The latest Simplified Chinese source is shown without triggering paid translation.

1.ROS2简介

The Robot Operating System (ROS) is a set of software libraries and tools that help you build robot applications. From drivers to state-of-the-art algorithms, and with powerful developer tools, ROS has what you need for your next robotics project. And it's all open source.

机器人操作系统（ROS）是一组软件库和工具，可帮助您构建机器人应用程序。从驱动程序到最先进的算法，再加上强大的开发工具，ROS为您的下一个机器人项目提供了所需的东西。而且都是开源的。

2.ROS2框架

3.ROS2参考资料

3.1.官方资料

由于ROS2参考文档太少，所以很多教程还是需要看ROS2官网：

https://www.ros.org/

3.2.推荐的视频资料与配套文档

赵虚左原版配套资料:

4.学习ROS2需要用到的知识储备

需要用哪些知识？
1. Linux基本操作与Shell脚本语言
Linux基本教程

https://www.runoob.com/linux/linux-tutorial.html
1. Cmake基本使用
Linux C++编译环境配置
1. Git基本操作
Vinci机器人队Git入门教程
1. C/C++语言
Vinci机器人队电控组入门指导

Vinci机器人队C/C++资料
1. Python3语言
Vinci机器人队Python3教程

https://www.runoob.com/python3/python3-tutorial.html
1. XML语言
https://www.runoob.com/xml/xml-tutorial.html
1. YAML语言
http://www.noobyard.com/article/p-saghdsms-mn.html

5.安装ROS2

ROS1安装请看ROS机器人操作系统教程

** 建议使用Kubuntu 24.04 LTS ** ** 建议学习 ROS2 Jazzy 版本，本教程将基于ROS2 Jazzy **

5.1.二进制包安装ROS2(以Kubuntu Jammy 22.04安装 ROS Humble 为例)

注意:

截至2024年12月，强烈建议如果要用ROS2的话，一定要用ROS Humble,别用ROS Jazzy，这玩意有些区别，特别是Gazebo,几乎没啥教程的。

Ubuntu Jammy 22.04(LTS)请安装ROS Humble(LTS)。安装向导网站:https://docs.ros.org/en/humble/Installation/Ubuntu-Install-Debians.html

Ubuntu Noble 24.04(LTS)请安装ROS Jazzy(LTS)。安装向导网站:https://docs.ros.org/en/jazzy/Installation/Ubuntu-Install-Debians.html

各个ROS1、ROS2版本所支持的发行版：https://www.ros.org/reps/rep-2000.html

5.1.1.进入ROS官网

一定要安装LTS版本的ROS2

5.1.2.安装ROS2前期准备工作

装LTS版本的ROS2点击使用debian包管理工具安装ROS2二进制文件

按照ROS2官网教程在终端里输入如下命令

依旧输入以下命令启动Ubuntu Universe Repo

5.1.3.换源(国内源)

这个是官网的源，是从国外服务器下载ROS2二进制文件的，对网络有要求，所以我们要给改为国内源。

百度搜索北京外国语大学镜像源(亲测，北方最快的源)

找到ROS2，然后勾上sudo和https，选择正确的Linux发行版。在使用该命令前有可能会遇到权限不够的问题，可以先往下看，如何以root权限运行所有命令。

先输入sudo passwd设置root密码（Ubuntu系发行版要干的事）（debian,Fedora等发行版在装机时就已经设置过了，无需运行）

sudo passwd

su -

然后进入管理员权限下

挨行复制输入运行

上面下载key的时候如果卡住了，那就是github又抽风了，很正常的问题，可以选择科学*上网(科学机场教程)解决，如果还解决不了，可以通过下方教程修改hosts。

https://blog.csdn.net/qq_40584960/article/details/117963644?sharetype=blog&shareId=117963644&sharerefer=APP&sharesource=qq_33274985&sharefrom=link

成功下载key之后，继续往下弄。

输入exit退出root模式

exit

5.1.4.通过apt安装ROS2

把以下红色框框的全部在终端里敲一遍

国内的镜像下载还是非常快的。

5.1.5.ROS2基础环境变量配置

复制该行

输入以下命令

sudo apt-get install vim
sudo vim ~/.bashrc

在最底部把这行加上（vim不会使用的，请自行百度）

刷新以下当前终端的环境变量

echo 'export ROSDISTRO_INDEX_URL=https://mirrors.bfsu.edu.cn/rosdistro/index-v4.yaml' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

5.1.6.测试ROS2

请往下翻到**测试ROS2**章节

5.2.从源码安装ROS2(难度较高，Ubuntu用上面那个简单方法即可。)

5.2.1.Fedora或者Rocky

https://www.ros.org/

先进官网,选择对应的版本,比如我这里选择ROS Jazzy.

然后选择用源码进行编译,找到对应的发行版,比如我这里是Feodra.

然后根据官网教程来就行

设置区域

确保你的 locale 支持 UTF-8。如果你在一个最小的环境（比如 docker 容器）中，locale 可能是 C 等最小的东西。我们使用以下设置进行测试。但是，如果您使用的是其他支持 UTF-8 的区域设置，应该没问题。

locale  # check for UTF-8

sudo dnf install langpacks-en glibc-langpack-en
export LANG=en_US.UTF-8

locale  # verify settings

启用必须的仓库

Fedora无需额外启用仓库,RHEL需要.

安装开发工具

sudo dnf install -y \
  cmake \
  gcc-c++ \
  git \
  make \
  patch \
  python3-colcon-common-extensions \
  python3-mypy \
  python3-pip \
  python3-pydocstyle \
  python3-pytest \
  python3-pytest-cov \
  python3-pytest-mock \
  python3-pytest-repeat \
  python3-pytest-rerunfailures \
  python3-pytest-runner \
  python3-rosdep \
  python3-setuptools \
  python3-vcstool \
  wget

# install some pip packages needed for testing and

# not available as RPMs
python3 -m pip install -U --user \
  flake8-blind-except==0.1.1 \
  flake8-class-newline \
  flake8-deprecated

构建ROS2

获取ROS2源码

找一个要存放ROS2的文件夹,建议在/home分区找,然后在这个文件夹下打开终端.

mkdir -p ./ros2_jazzy/src
cd ./ros2_jazzy
vcs import --input https://raw.githubusercontent.com/ros2/ros2/jazzy/ros2.repos src

更新系统

ROS 2 软件包构建在经常更新的红帽系系统上。始终建议您在安装新软件包之前确保您的系统是最新的。

sudo dnf upgrade

初始化并更换rosdep源

https://mirrors.bfsu.edu.cn/help/rosdistro/


# 手动模拟 rosdep init
sudo mkdir -p /etc/ros/rosdep/sources.list.d/
sudo curl -o /etc/ros/rosdep/sources.list.d/20-default.list -L https://mirrors.bfsu.edu.cn/github-raw/ros/rosdistro/master/rosdep/sources.list.d/20-default.list

# 加入环境
echo 'export ROSDISTRO_INDEX_URL=https://mirrors.bfsu.edu.cn/rosdistro/index-v4.yaml' >> ~/.bashrc

# 加载.bashrc
source ~/.bashrc

# 更新rosdep
rosdep update

通过rosdep安装依赖

export ROS_PYTHON_VERSION=3

rosdep install --from-paths src --ignore-src -y --skip-keys "fastcdr rti-connext-dds-6.0.1 urdfdom_headers"

如果出现上面这种错误,使用pip3安装包.

sudo pip3 install flake8-docstrings

然后,使用下面命令忽略掉flake8-docstrings.

rosdep install --from-paths src --ignore-src -y \
--skip-keys "fastcdr rti-connext-dds-6.0.1 urdfdom_headers python3-flake8-docstrings"

显示成功即可

配置环境(不是红帽系的发行版不用弄)

如果你是红帽系系统需要下面配置

可以用下面这些命令暂时定义这些宏。

export RPM_PACKAGE_NAME=qt_gui_cpp   # 根据包名调整（如 ros_<package>）
export RPM_PACKAGE_VERSION=1.0.0
export RPM_PACKAGE_RELEASE=1
export RPM_ARCH=$(uname -m)

变量名	示例值	用途
RPM_PACKAGE_NAME	qt_gui_cpp	定义 RPM 包名
RPM_PACKAGE_VERSION	1.0.0	定义 RPM 包版本
RPM_PACKAGE_RELEASE	1	定义 RPM 包发行号
RPM_ARCH	x86_64 或 arm64	定义目标系统架构

使用colcon构建源码

colcon build --symlink-install

等待构建完毕,下方就是构建完毕且没错误的样子

配置基础环境

找到下方文件夹,并复制路径,比如我的是~/UserFloder/Applications/ros2_jazzy

使用vim修改bash的环境

vim ~/.bashrc

使用Insert按键进行输入

添加完这两行后,按ESC,然后:wq保存并退出.


# 刷新当前环境变量
source ~/.bashrc

测试ROS2

请往下翻到**测试ROS2**章节

5.2.2.Debian

https://www.ros.org/

先进官网,选择对应的版本,比如我这里选择ROS Jazzy.

然后选择用源码进行编译,找到对应的发行版,比如我这里是Debian.

接下来，从下图这里开始，跟着官方教程一路敲，但是有几个需要注意的点，我这里都会写出来：

设置区域

locale  # check for UTF-8

sudo apt update && 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

locale  # verify settings

换源

红色部分是Ubuntu要做的，我们是debian,不需要做。

蓝色部分我们不要用官方的，官方是国外源，我们替换成国内源。

先去镜像源换源：

https://mirrors.bfsu.edu.cn/help/ros2/

比如我是debian12：

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

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

上图成功换源后，再安装ros的工具：

sudo apt update && sudo apt install -y \
  python3-flake8-blind-except \
  python3-flake8-class-newline \
  python3-flake8-deprecated \
  python3-mypy \
  python3-pip \
  python3-pytest \
  python3-pytest-cov \
  python3-pytest-mock \
  python3-pytest-repeat \
  python3-pytest-rerunfailures \
  python3-pytest-runner \
  python3-pytest-timeout \
  ros-dev-tools

下载ROS2源码

找一个要存放ROS2的文件夹,建议在/home分区找,然后在这个文件夹下打开终端.

mkdir -p ./ros2_jazzy/src
cd ./ros2_jazzy
vcs import --input https://raw.githubusercontent.com/ros2/ros2/jazzy/ros2.repos src

补依赖之前，我们需要先初始化rosdep并给rosdep换源：

图中红色部分，不要跟着这个来，这个是官方源，会很慢很慢，建议用bfsu的仓库。

https://mirrors.bfsu.edu.cn/help/rosdistro/


# 手动模拟 rosdep init
sudo mkdir -p /etc/ros/rosdep/sources.list.d/
sudo curl -o /etc/ros/rosdep/sources.list.d/20-default.list -L https://mirrors.bfsu.edu.cn/github-raw/ros/rosdistro/master/rosdep/sources.list.d/20-default.list

# 加入环境
echo 'export ROSDISTRO_INDEX_URL=https://mirrors.bfsu.edu.cn/rosdistro/index-v4.yaml' >> ~/.bashrc

# 加载.bashrc
source ~/.bashrc

# 更新rosdep
rosdep update

出现以上红框部分，就是成功换源了。如果你不换源，下面补依赖的过程可能会巨慢（我具体没试过，猜测），除非你科学了。

sudo apt upgrade

export ROS_PYTHON_VERSION=3

rosdep install --from-paths src --ignore-src -y --skip-keys "fastcdr rti-connext-dds-6.0.1 urdfdom_headers"

编译ROS2

在ros_jazzy目录下，打开终端，跑下面命令。

colcon build --symlink-install

colcon build还有以下命令，如--packages-skip和--packages-select用来跳过和单个功能包编译。

等待构建完毕,下方就是构建完毕且没错误的样子

配置基础环境

找到下方文件夹,并复制路径,比如我的是~/UserFloder/Applications/ros2_jazzy

使用vim修改bash的环境

vim ~/.bashrc

使用Insert按键进行输入


# 配置ROS2环境
export ROSDISTRO_INDEX_URL=https://mirrors.bfsu.edu.cn/rosdistro/index-v4.yaml
source ~/UserFloder/Applcations/ros2_jazzy/install/setup.bash

添加完这两行后,按ESC,然后:wq保存并退出.


# 刷新当前环境变量
source ~/.bashrc

测试ROS2

请往下翻到**测试ROS2**章节

5.3.Docker安装ROS2

Docker教程

6.ROS2安装进阶(可选)

上面只是安装了最基本的ROS2包和配置了最基本的ROS2环境。

你安装完上面的内容后，可以选择接着进行下面的进阶配置ROS2环境。

也可以不安装进阶得东西，学到啥再安装啥就可以，当然也有想一劳永逸的同学，所以下面也会列出来最常用的ros2包和环境配置供大家一次性安装。

https://index.ros.org/?search_packages=true

6.1.安装进阶的包

以下是一些ROS2自带的导航算法和仿真环境等等的包，下方将列出这些包。

如果你是Ubuntu的话：

下面的包你全都可以用apt安装，不用手动编译！！！

如果你不是Ubuntu的话：

灰色的是上面基础教程安装过的包，

黄色是需要手动编译的包，

蓝色是不仅要手动编译，还要手动修改一些源码的包。

ROS的包（非Ubuntu的发行版基本都需要手动编译）
软件包/库名称
ros-humble-desktop
ros-humble-xacro
ros-humble-joint-state-publisher
ros-humble-joint-state-publisher-gui
ros-humble-gazebo-ros
ros-humble-gazebo-ros-pkgs
ros-humble-ros-gz
ros-humble-diagnostic-updater
ros-humble-teleop-twist-keyboard
ros-humble-navigation2
ros-humble-nav2-bringup
ros-humble-slam-toolbox
ros-humble-cartographer
ros-humble-cartographer-ros
ros-humble-asio-cmake-module
ros-humble-serial-driver
ros-humble-pcl-ros
ros-humble-pointcloud-to-laserscan
ros-humble-vision-opencv

非ROS包（基本都可以apt,dnf安装）
软件包/库名称
libpcl-dev
libeigen3-dev
libpcap-dev
libboost-dev
libogre-1.12-dev

但是上面这些包可以依赖于其他的包，下面这个仓库里有全部的包的仓库链接：（往后看就知道怎么用了）

https://github.com/ros/rosdistro/tree/master

6.1.1.apt安装方式（Ubuntu强烈建议）

sudo apt update && sudo apt install \
    ros-humble-desktop \
    ros-dev-tools \
    ros-humble-xacro \
    ros-humble-joint-state-publisher \
    ros-humble-joint-state-publisher-gui \
    ros-humble-ros-gz \
    ros-humble-gazebo-ros \
    ros-humble-gazebo-ros-pkgs \
    ros-humble-imu-tools \
    ros-humble-diagnostic-updater \
    ros-humble-teleop-twist-keyboard \
    ros-humble-navigation2 \
    ros-humble-nav2-bringup \
    ros-humble-slam-toolbox \
    ros-humble-cartographer \
    ros-humble-cartographer-ros \
    ros-humble-asio-cmake-module \
    ros-humble-serial-driver \
    ros-humble-pcl-ros \
    ros-humble-vision-opencv \
    ros-humble-pointcloud-to-laserscan \
    libpcl-dev \
    libeigen3-dev \
    libpcap-dev \
    python3-colcon-common-extensions

6.1.2.源码方式（非Ubuntu）

以debian12为例。

6.1.2.1.黄色的包

以安装ros-jazzy-xacro，ros-jazzy-joint-state-publisher，ros-jazzy-joint-state-publisher-gui这三个包为例，其他的包一样操作。

https://index.ros.org/?search_packages=true

进入上面的网站，在下图中选择对应版本，比如我是JAZZY，然后在搜索框中搜索xacro，joint_state_publisher，joint_state_publisher_gui

比如xacro

找到对应版本的xacro，然后仓库地址是checkout URI，分支是vcs version,你可以使用git clone一个一个克隆下来，但这是巨麻烦的一件事，所以我们选择ROS2提供给我们的vcs命令进行下载包的源码。

首先，进入自己的ros2_jazzy文件并打开一个终端

并创建一个.repos文件，文件名随便起，比如我的叫my_ros2_jazzy_packages.repos

然后用vscode编辑，因为.repos使用的是yaml语言，vscode可以识别语法正确性：

将刚才查询的信息写上去：

repositories:
  xacro:
    type: git
    url: https://github.com/ros/xacro.git
    version: ros2

用同样的方式找到其他包：

上图说明joint_state_publisher和joint_state_publisher_gui其实是一个仓库，所以我们只需要克隆一个仓库。

然后vcs version也就是git的分支是ros2。

repositories:
  xacro:
    type: git
    url: https://github.com/ros/xacro.git
    version: ros2
  joint_state_publisher:
    type: git
    url: https://github.com/ros/joint_state_publisher.git
    version: ros2

其他的包如法炮制。

但我先以这俩包做个例子。

在ros2_jazzy目录下的终端：

vcs import src < my_ros2_jazzy_packages.repos

可以看到下图，克隆成功了

接下来进行补充依赖：

rosdep install --from-paths src --ignore-src -y --skip-keys "fastcdr rti-connext-dds-6.0.1 urdfdom_headers"

提示下图字样，即是成功

再编译安装即可：

colcon build --symlink-install

# 或仅编译特定包
colcon build --packages-select xacro joint_state_publisher joint_state_publisher_gui

其他的包如法炮制。

测试：


# 重新加载环境
source ~/.bashrc

# 敲命令
xacro

如下图xacro提示error即是成功，这样就是安装成功了！

其他的包如法炮制。

我也整了Humble和Jazzy的repos的文件，从官网和distribution.yaml一个个找的，你可以克隆下来直接用我整理的就可以。(但有可能部分仓库分支ROS2官方会做出修改)

https://github.com/tungchiahui/ros-docker/tree/main/repos

6.1.2.2.蓝色的包

蓝色的包大体的方式是和黄色一样的，只不过蓝色的包在下载完源码后，还需要修改下源码里的文件，再进行编译。

如vision_opencv的cv_bridge:请看下方OpenCV章节的CV_Bridge。

6.1.3.常见问题

libogre-dev找不到

Gazebo的渲染引擎，在debian12中用libogre-dev搜不到，必须用libogre-1.12-dev才能搜到。

nav2_mppi_controller里有个被当成空指针了，警告成错误了。

解决在nav2_mppi_controller的cmakelists里添加上add_compile_options(-Wno-error=null-dereference)即可。

nav2_system_tests里有个内存重叠警告。

解决在nav2_system_tests的cmakelists里添加上下面的几行即可。

if (CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "GNU")
    add_compile_options(-Wno-restrict)
endif()

有的库在Fedora最新版没有，在旧版有。

https://src.fedoraproject.org/projects/rpms/%2A

sudo dnf install python3-pykdl --releasever=41
sudo dnf install orocos-kdl-devel --releasever=41

有些python库在最新版系统上下不了，因为python版本过高

可以使用pip3安装该库

pip3 install flake8-docstrings

但后续编译的话，需要把该库加入rosdep忽略的依赖。比如python3-flake8-docstrings的话就是下面这行：

rosdep install --from-paths src --ignore-src -y --skip-keys "fastcdr rti-connext-dds-6.0.1 urdfdom_headers"

# 改为
rosdep install --from-paths src --ignore-src -y --skip-keys "fastcdr rti-connext-dds-6.0.1 urdfdom_headers python3-flake8-docstrings"

6.2.环境进阶

6.2.1.Apt方式


# rosdep换源
export ROSDISTRO_INDEX_URL=https://mirrors.bfsu.edu.cn/rosdistro/index-v4.yaml

# 加载ROS2环境
source /opt/ros/jazzy/setup.bash

# 配置ROS2的分布式
export ROS_DOMAIN_ID=6

# 配置新版Gazebo的资源（这里先注释，等你学到gazebo再打开）
#export GZ_SIM_RESOURCE_PATH=$GZ_SIM_RESOURCE_PATH:/home/tungchiahui/UserFloder/MySource/ROS_WS/gazebo_models:/home/tungchiahui/UserFloder/MySource/ROS_WS/ign_models

注意，Gazebo资源包在不同ROS2版本可能宏的名称不同，如在ROS2Humble里是IGN_GAZEBO_RESOURCE_PATH，在ROS2Jazzy里是GZ_SIM_RESOURCE_PATH。（往后的ROS2版本估计都是GZ_SIM_RESOURCE_PATH）（详见下方Gazebo教程）

6.2.2.源码方式

与apt方式相同，但是需要把加载ROS2环境的那个setup.bash路径设置为你的ros2安装路径。


# 加载ROS2环境
source ~/UserFloder/Applcations/ros2_jazzy/install/setup.bash

7.测试ROS2

7.1.示例1

打开两个终端，并分别输入如下两个红框框里的命令

弹出如下程序，则测试成功。

对着终端按Ctrl+C可以终止程序。

7.2.示例2

乌龟作为ROS老测试项目了，必须拉出来溜溜！

同样开两个终端，并分别输入以下命令。

ros2 run turtlesim turtlesim_node
ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

鼠标点以下红色部分，然后通过小键盘的方向键可以控制乌龟运行，如果没有小键盘，可以尝试GBVCDERT等按键操控小乌龟。

同样地，对着终端按Ctrl+C可以终止程序。

8.常见问题

8.1.Rviz2闪烁

如果2K+的电脑安装完rviz2有显示问题，可以在.bashrc里加上下面的内容，用来让qt不缩放。

export QT_AUTO_SCREEN_SCALE_FACTOR=0
export QT_SCREEN_SCALE_FACTORS=[1.0]