第 1 節

ROS2介紹

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ROS2簡介

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.

機器人操作系統（ROS）是一組軟件庫和工具，可幫助您構建機器人應用程序。從驅動程序到最先進的算法，再加上強大的開發工具，ROS為您的下一個機器人項目提供了所需的東西。而且都是開源的。

ROS2框架

ROS2參考資料

官方資料

由於ROS2參考文檔太少，所以很多教程還是需要看ROS2官網：

https://www.ros.org/

學習ROS2需要用到的知識儲備

需要用哪些知識？
1. Linux基本操作與Shell腳本語言
Linux基本教程
https://www.runoob.com/linux/linux-tutorial.html
1. Cmake基本使用
Linux C++編譯環境配置
1. Git基本操作
Vinci機器人隊Git入門教程
1. C/C++語言
Vinci機器人隊電控組入門指導
Vinci機器人隊C/C++資料
1. Python3語言
Vinci機器人隊Python3教程
https://www.runoob.com/python3/python3-tutorial.html
1. XML語言
https://www.runoob.com/xml/xml-tutorial.html
1. YAML語言
http://www.noobyard.com/article/p-saghdsms-mn.html

安裝ROS2

ROS1安裝請看ROS機器人操作系統教程

** 建議使用Kubuntu 24.04 LTS ** ** 建議學習 ROS2 Jazzy 版本，本教程將基於ROS2 Jazzy **

二進制包安裝ROS2(以Kubuntu Jammy 22.04安裝 ROS Humble 為例)

注意:

截至2024年12月，強烈建議如果要用ROS2的話，一定要用ROS Humble,別用ROS Jazzy，這玩意有些區別，特別是Gazebo,幾乎沒啥教程的。

Ubuntu Jammy 22.04(LTS)請安裝ROS Humble(LTS)。安裝嚮導網站:https://docs.ros.org/en/humble/Installation/Ubuntu-Install-Debians.html

Ubuntu Noble 24.04(LTS)請安裝ROS Jazzy(LTS)。安裝嚮導網站:https://docs.ros.org/en/jazzy/Installation/Ubuntu-Install-Debians.html

各個ROS1、ROS2版本所支持的發行版：https://www.ros.org/reps/rep-2000.html

進入ROS官網

一定要安裝LTS版本的ROS2

安裝ROS2前期準備工作

裝LTS版本的ROS2點擊使用debian包管理工具安裝ROS2二進制文件

按照ROS2官網教程在終端裡輸入如下命令

依舊輸入以下命令啟動Ubuntu Universe Repo

換源(國內源)

這個是官網的源，是從國外服務器下載ROS2二進制文件的，對網絡有要求，所以我們要給改為國內源。

百度搜索北京外國語大學鏡像源(親測，北方最快的源)

找到ROS2，然後勾上sudo和https，選擇正確的Linux發行版。在使用該命令前有可能會遇到權限不夠的問題，可以先往下看，如何以root權限運行所有命令。

先輸入sudo passwd設置root密碼（Ubuntu系發行版要乾的事）（debian,Fedora等發行版在裝機時就已經設置過了，無需運行）

sudo passwd

su -

然後進入管理員權限下

挨行復制輸入運行

上面下載key的時候如果卡住了，那就是github又抽風了，很正常的問題，可以選擇科學*上網(科學機場教程)解決，如果還解決不了，可以通過下方教程修改hosts。

https://blog.csdn.net/qq\_40584960/article/details/117963644?sharetype=blog&shareId=117963644&sharerefer=APP&sharesource=qq\_33274985&sharefrom=link

成功下載key之後，繼續往下弄。

輸入exit退出root模式

exit

通過apt安裝ROS2

把以下紅色框框的全部在終端裡敲一遍

國內的鏡像下載還是非常快的。

ROS2基礎環境變量配置

複製該行

輸入以下命令

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

在最底部把這行加上（vim不會使用的，請自行百度）

刷新以下當前終端的環境變量

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

測試ROS2

請往下翻到**测试ROS2**章節

從源碼安裝ROS2(難度較高，Ubuntu用上面那個簡單方法即可。)

Fedora或者Rocky

https://www.ros.org/

先進官網,選擇對應的版本,比如我這裡選擇ROS Jazzy.

然後選擇用源碼進行編譯,找到對應的發行版,比如我這裡是Feodra.

然後根據官網教程來就行

設置區域

確保你的 locale 支持 UTF-8。如果你在一個最小的環境（比如 docker 容器）中，locale 可能是 C 等最小的東西。我們使用以下設置進行測試。但是，如果您使用的是其他支持 UTF-8 的區域設置，應該沒問題。

locale  # check for UTF-8

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

locale  # verify settings

啟用必須的倉庫

Fedora無需額外啟用倉庫,RHEL需要.

安裝開發工具

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

構建ROS2

獲取ROS2源碼

找一個要存放ROS2的文件夾,建議在/home分區找,然後在這個文件夾下打開終端.

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

更新系統

ROS 2 軟件包構建在經常更新的紅帽系系統上。始終建議您在安裝新軟件包之前確保您的系統是最新的。

sudo dnf upgrade

初始化並更換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

通過rosdep安裝依賴

export ROS_PYTHON_VERSION=3

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

如果出現上面這種錯誤,使用pip3安裝包.

sudo pip3 install flake8-docstrings

然後,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"

顯示成功即可

配置環境(不是紅帽系的發行版不用弄)

如果你是紅帽繫系統需要下面配置
可以用下面這些命令暫時定義這些宏。

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)

變量名	示例值	用途
RPM_PACKAGE_NAME	qt_gui_cpp	定義 RPM 包名
RPM_PACKAGE_VERSION	1.0.0	定義 RPM 包版本
RPM_PACKAGE_RELEASE	1	定義 RPM 包發行號
RPM_ARCH	x86_64 或 arm64	定義目標系統架構

使用colcon構建源碼

colcon build --symlink-install

等待構建完畢,下方就是構建完畢且沒錯誤的樣子

配置基礎環境

找到下方文件夾,並複製路徑,比如我的是~/UserFloder/Applications/ros2_jazzy

使用vim修改bash的環境

vim ~/.bashrc

使用Insert按鍵進行輸入

添加完這兩行後,按ESC,然後:wq保存並退出.


# 刷新当前环境变量
source ~/.bashrc

測試ROS2

請往下翻到**测试ROS2**章節

Debian

https://www.ros.org/

先進官網,選擇對應的版本,比如我這裡選擇ROS Jazzy.

然後選擇用源碼進行編譯,找到對應的發行版,比如我這裡是Debian.

接下來，從下圖這裡開始，跟著官方教程一路敲，但是有幾個需要注意的點，我這裡都會寫出來：

設置區域

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

換源

紅色部分是Ubuntu要做的，我們是debian,不需要做。

藍色部分我們不要用官方的，官方是國外源，我們替換成國內源。

先去鏡像源換源：

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

上圖成功換源後，再安裝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

下載ROS2源碼

找一個要存放ROS2的文件夾,建議在/home分區找,然後在這個文件夾下打開終端.

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

補依賴之前，我們需要先初始化rosdep並給rosdep換源：

圖中紅色部分，不要跟著這個來，這個是官方源，會很慢很慢，建議用bfsu的倉庫。

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

出現以上紅框部分，就是成功換源了。如果你不換源，下面補依賴的過程可能會巨慢（我具體沒試過，猜測），除非你科學了。

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"

編譯ROS2

在ros_jazzy目錄下，打開終端，跑下面命令。

colcon build --symlink-install

colcon build還有以下命令，如--packages-skip和--packages-select用來跳過和單個功能包編譯。

等待構建完畢,下方就是構建完畢且沒錯誤的樣子

配置基礎環境

找到下方文件夾,並複製路徑,比如我的是~/UserFloder/Applications/ros2_jazzy

使用vim修改bash的環境

vim ~/.bashrc

使用Insert按鍵進行輸入


# 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

添加完這兩行後,按ESC,然後:wq保存並退出.


# 刷新当前环境变量
source ~/.bashrc

測試ROS2

請往下翻到**测试ROS2**章節

Docker安裝ROS2

Docker教程

ROS2安裝進階(可選)

上面只是安裝了最基本的ROS2包和配置了最基本的ROS2環境。

你安裝完上面的內容後，可以選擇接著進行下面的進階配置ROS2環境。

也可以不安裝進階得東西，學到啥再安裝啥就可以，當然也有想一勞永逸的同學，所以下面也會列出來最常用的ros2包和環境配置供大家一次性安裝。

https://index.ros.org/?search\_packages=true

安裝進階的包

以下是一些ROS2自帶的導航算法和仿真環境等等的包，下方將列出這些包。

如果你是Ubuntu的話：

下面的包你全都可以用apt安裝，不用手動編譯！！！

如果你不是Ubuntu的話：

灰色的是上面基礎教程安裝過的包，

黃色是需要手動編譯的包，

藍色是不僅要手動編譯，還要手動修改一些源碼的包。

ROS的包（非Ubuntu的發行版基本都需要手動編譯）
軟件包/庫名稱
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安裝）
軟件包/庫名稱
libpcl-dev
libeigen3-dev
libpcap-dev
libboost-dev
libogre-1.12-dev

但是上面這些包可以依賴於其他的包，下面這個倉庫裡有全部的包的倉庫鏈接：（往後看就知道怎麼用了）

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

apt安裝方式（Ubuntu強烈建議）

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

源碼方式（非Ubuntu）

以debian12為例。

黃色的包

以安裝ros-jazzy-xacro，ros-jazzy-joint-state-publisher，ros-jazzy-joint-state-publisher-gui這三個包為例，其他的包一樣操作。

https://index.ros.org/?search\_packages=true

進入上面的網站，在下圖中選擇對應版本，比如我是JAZZY，然後在搜索框中搜索xacro，joint_state_publisher，joint_state_publisher_gui

比如xacro

找到對應版本的xacro，然後倉庫地址是checkout URI，分支是vcs version,你可以使用git clone一個一個克隆下來，但這是巨麻煩的一件事，所以我們選擇ROS2提供給我們的vcs命令進行下載包的源碼。

首先，進入自己的ros2_jazzy文件並打開一個終端

並創建一個.repos文件，文件名隨便起，比如我的叫my_ros2_jazzy_packages.repos

然後用vscode編輯，因為.repos使用的是yaml語言，vscode可以識別語法正確性：

將剛才查詢的信息寫上去：

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

用同樣的方式找到其他包：

上圖說明joint_state_publisher和joint_state_publisher_gui其實是一個倉庫，所以我們只需要克隆一個倉庫。

然後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

其他的包如法炮製。

但我先以這倆包做個例子。

在ros2_jazzy目錄下的終端：

vcs import src < my_ros2_jazzy_packages.repos

可以看到下圖，克隆成功了

接下來進行補充依賴：

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

提示下圖字樣，即是成功

再編譯安裝即可：

colcon build --symlink-install

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

其他的包如法炮製。

測試：


# 重新加载环境
source ~/.bashrc

# 敲命令
xacro

如下圖xacro提示error即是成功，這樣就是安裝成功了！

其他的包如法炮製。

我也整了Humble和Jazzy的repos的文件，從官網和distribution.yaml一個個找的，你可以克隆下來直接用我整理的就可以。(但有可能部分倉庫分支ROS2官方會做出修改)

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

藍色的包

藍色的包大體的方式是和黃色一樣的，只不過藍色的包在下載完源碼後，還需要修改下源碼裡的文件，再進行編譯。

如vision_opencv的cv_bridge:請看下方OpenCV章節的CV_Bridge。

常見問題

libogre-dev找不到

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

nav2_mppi_controller裡有個被當成空指針了，警告成錯誤了。

解決在nav2_mppi_controller的cmakelists裡添加上add_compile_options(-Wno-error=null-dereference)即可。

nav2_system_tests裡有個內存重疊警告。

解決在nav2_system_tests的cmakelists裡添加上下面的幾行即可。

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

有的庫在Fedora最新版沒有，在舊版有。

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庫在最新版系統上下不了，因為python版本過高

可以使用pip3安裝該庫

pip3 install flake8-docstrings

但後續編譯的話，需要把該庫加入rosdep忽略的依賴。比如python3-flake8-docstrings的話就是下面這行：

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"

環境進階

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資源包在不同ROS2版本可能宏的名稱不同，如在ROS2Humble裡是IGN_GAZEBO_RESOURCE_PATH，在ROS2Jazzy裡是GZ_SIM_RESOURCE_PATH。（往後的ROS2版本估計都是GZ_SIM_RESOURCE_PATH）（詳見下方Gazebo教程）

源碼方式

與apt方式相同，但是需要把加載ROS2環境的那個setup.bash路徑設置為你的ros2安裝路徑。


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

測試ROS2

示例1

打開兩個終端，並分別輸入如下兩個紅框框裡的命令

彈出如下程序，則測試成功。

對著終端按Ctrl+C可以終止程序。

示例2

烏龜作為ROS老測試項目了，必須拉出來溜溜！

同樣開兩個終端，並分別輸入以下命令。

ros2 run turtlesim turtlesim_node
ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

鼠標點以下紅色部分，然後通過小鍵盤的方向鍵可以控制烏龜運行，如果沒有小鍵盤，可以嘗試GBVCDERT等按鍵操控小烏龜。

同樣地，對著終端按Ctrl+C可以終止程序。

常見問題

Rviz2閃爍

如果2K+的電腦安裝完rviz2有顯示問題，可以在.bashrc里加上下面的內容，用來讓qt不縮放。

export QT_AUTO_SCREEN_SCALE_FACTOR=0
export QT_SCREEN_SCALE_FACTORS=[1.0]