Ubuntu基于ROS 2 （Galactic Geochelone，银河系象龟）开发机器人

开发环境

  • OS : Ubuntu 20.04.05 LTS (Focal Fossa 专注的狸貓)
  • CE : Visual Studio Code 1.71
  • PL : C++ 11 && Python 3.8
  • frameworks : ROS2

ROS简介

ROS（Robot Operating System，机器人操作系统）是一个面向于机器人的开源元操作系统。它提供了操作系统应有的核心服务，为软件开发人员提供了一系列库和工具，用于构建机器人应用程序。该系统具备以下核心功能：

  • 硬件抽象层
  • 设备驱动程序
  • 功能库
  • 可视化工具
  • 消息传递机制
  • 软件包管理

它也提供用于获取、编译、编写、和跨计算机运行代码所需的工具和库函数。
在某些方面ROS相当于一种机器人（应用程序开发）框架（robot frameworks）。

ROS的设计哲学

ROS运行时"图"是由多个进程组成的对等网络（可跨多台机器分布），这些进程通过ROS通信基础设施实现松耦合连接。其设计本质是去中心化的，避免了传统中心化架构（如基于服务器）在跨网络连接时的单点故障问题。

  1. 分布式进程框架
    • ROS以节点（Nodes）为基本单元，支持运行时独立设计与松耦合连接。节点可组合为功能包（Packages）和堆栈（Stacks），便于共享与分发。

    • 通过联合代码仓库系统实现分布式协作开发，从文件系统到社区层级均支持独立决策，最终由ROS基础设施工具整合。

  2. 支持协作的次级目标
    • 轻量化：ROS避免侵入主函数（不封装main()），确保代码可移植至其他框架（如已集成OpenRAVE、Orocos等）。

    • 框架无关库：提倡开发不依赖ROS的纯净库，仅通过清晰接口与ROS交互。

    • 多语言支持：已原生支持Python、C++、Lisp，实验性提供Java/Lua库。

    • 测试友好性：内置rostest框架，简化测试环境的搭建与销毁。

    • 可扩展性：适配大型运行时系统与开发流程。

ROS的通信模式

ROS支持三种核心通信机制，覆盖不同应用场景：

  1. 服务（Services）
    • 同步RPC调用：采用请求-响应模式，适用于需要即时反馈的操作（如机械臂控制指令）。

    • 示例：客户端节点请求路径规划服务，服务器节点返回规划结果。

  2. 话题（Topics）
    • 异步数据流：基于发布/订阅模型，适用于持续数据传输（如激光雷达点云）。

    • 优势：生产者和消费者解耦，支持多对多通信。

  3. 参数服务器（Parameter Server）
    • 全局数据存储：集中管理动态配置参数（如机器人PID系数），支持节点间共享与修改。

ROS安装

当前可用于Ubuntu(Focal Fossa)系统的Debian包是Ros2 Galactic Geochelone。

设置源

  1. 将下载服务器http://us.archive.ubuntu.com更换为国内源。

  2. 现在将ROS 2 apt存储库添加到你的系统中。首先，使用apt授权我们的GPG密钥。
    gnupg和lsb-release是系统自带的最新版本
    打开/etc/hosts写入域名对应的IP地址“185.199.111.133 raw.githubusercontent.com”
    sudo apt update
    sudo apt install curl
    sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key -o /usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg

  3. 然后将存储库添加到源列表中。
    echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg] http://packages.ros.org/ros2/ubuntu $(source /etc/os-release && echo $UBUNTU_CODENAME) main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/ros2.list > /dev/null

安装ROS 2软件包

  1. 设置存储库后，更新apt存储库缓存.
    sudo apt update

  2. ROS 2软件包建立在经常更新的Ubuntu系统上。
    在安装新软件包之前，始终建议您确保您的系统是最新的.
    sudo apt upgrade

  3. 推荐桌面安装：ROS、RViz、演示、教程。.
    sudo apt install ros-galactic-desktop

安装完成

sudo apt-cache search ros-galactic

环境设置

ROS2依赖于使用shell环境组合工作空间的概念。
“工作区”是一个ROS术语，表示您使用ROS 2开发系统的位置。
核心ROS 2工作区称为底层。
后续的本地工作区称为覆盖。
使用ROS 2进行开发时，通常会同时激活多个工作区。

组合工作区可以更容易地针对不同版本的ROS2或不同的包集进行开发。
它还允许在同一台计算机上安装多个ROS 2发行版（或“发行版”，如Dashing和Eloquent）并在它们之间切换。

可以通过在每次打开新shell时source设置文件来实现，或者将source命令添加到shell启动脚本中一次。
如果不寻找安装文件，将无法访问ROS 2命令，也无法找到或使用ROS 2软件包。
换句话说，将无法使用ROS2。

  1. Source the setup files
    您需要在打开的每个新shell上运行此命令，才能访问ROS 2命令，如下所示：
    source /opt/ros/galactic/setup.bash
  2. Add sourcing to your shell startup script
    如果您不希望每次打开新shell时都必须source安装文件（跳过任务1），则可以将该命令添加到shell启动脚本中：
    echo "source /opt/ros/galactic/setup.bash" >> ~/.bashrc
  3. 检查环境变量
    获取ROS 2安装文件将设置操作ROS 2所需的几个环境变量。
    如果您在查找或使用ROS 2软件包时遇到问题，请确保使用以下命令正确设置了您的环境：
    printenv | grep -i ROS

尝试一些例子

若你已成功安装ros-galactic-desktop，可通过以下步骤运行示例程序C++ talker：
source /opt/ros/galactic/setup.bash
ros2 run demo_nodes_cpp talker

请在新终端中运行Python listener

source /opt/ros/galactic/setup.bash
ros2 run demo_nodes_py listener

您将会看到以下运行结果：
• talker节点显示"Publishing messages"（正在发布消息）

• listener节点显示"I heard those messages"（已接收消息）

这表明ROS 2的C++和Python接口均能正常工作。验证成功！

rosdep2安装

rosdep是ROS管理依赖项的实用程序，可以与ROS包和外部库一起工作。
rosdep是一个命令行实用程序，用于识别和安装构建或安装包的依赖项。
sudo apt install python3-rosdep2

关于rosdep update访问超时问题的解决方案：

通过使用代理加速rosdep对github Raw的访问.

  1. 修改下载rosdep数据函数
    sudo vi /usr/lib/python3/dist-packages/rosdep2/sources_list.py
    定位函数：/download_rosdep_data
    添加代码：
    url="https://ghproxy.com/"+url
  2. 修改常量DEFAULT_INDEX_URL
    sudo vi /usr/lib/python3/dist-packages/rosdistro/__init__.py
    修改代码：
    DEFAULT_INDEX_URL='https://ghproxy.com/https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/index-v4.yaml'
  3. 修改下列文件，为github地址添加代理前缀
    #!36行
sudo vi /usr/lib/python3/dist-packages/rosdep2/gbpdistro_support.py
#!72行
sudo vi /usr/lib/python3/dist-packages/rosdep2/sources_list.py
#!39行
sudo vi /usr/lib/python3/dist-packages/rosdep2/rep3.py
#!68行 119行
sudo vi /usr/lib/python3/dist-packages/rosdistro/manifest_provider/github.py

更新rosdep

rosdep update

posted @ 2021-07-14 16:10  杨孝乾  阅读(637)  评论(0)    收藏  举报