Ubuntu 的 ROS 2 操作系统安装与测试

引言

• 机器人操作系统（ROS, Robot Operating System）是一种广泛应用于机器人开发的开源框架，提供了丰富的库和工具，支持开发者快速构建、控制机器人并实现智能功能。

• 当前，ROS 2 的最新长期支持版本为 Humble Hawksbill，专为 Ubuntu 22.04（Jammy Jellyfish）设计，适用于 Linux 环境下的机器人控制、感知、路径规划等功能开发。

• 本文将介绍 ROS 2 Humble 的安装流程及基本测试方法，帮助读者快速掌握这一强大的机器人操作系统的基础使用。

学习目标

• 本次学习的目标是通过在 Ubuntu 系统上安装和配置 ROS 2 Humble Hawksbill，为后续的机器人开发和应用奠定基础。

• 通过本次学习，读者将掌握 ROS 2 Humble 的安装步骤、环境配置及基本操作，能够在 Ubuntu 系统上顺利使用 ROS 2 进行机器人控制、感知和算法开发。

• 同时，将学习如何创建和管理 ROS 2 工作空间、安装必要的依赖包、配置环境变量等，以确保系统支持多种机器人开发任务，为后续算法实现和仿真工作提供可靠基础。

• 安装与自己Ubuntu版本对应的ROS版本，本文ROS 2 Humble Hawksbill 主要支持 Ubuntu 22.04 (Jammy Jellyfish)。安装前请详细参考 Ubuntu版本、ROS版本与Python 版本之间的关系，

学习内容

1 设置系统语言环境

ROS 2 Humble Hawksbill是ROS 2的稳定版本之一，支持Ubuntu Jammy (22.04)。安装此版本在最新的平台上使用ROS 2进行机器人开发。

确保系统支持UTF-8编码格式。对于Docker等最小化环境，执行以下命令：

locale  # 查看当前编码
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  # 验证设置

2 设置软件源

在Ubuntu系统中添加ROS 2的APT软件源。

2.1 确保Ubuntu的universe仓库已启用

# 在Ubuntu系统中添加ROS 2的APT软件源
sudo apt install software-properties-common
# 确保Ubuntu的universe仓库已启用
sudo add-apt-repository universe

2.2 添加ROS 2的GPG密钥

# 添加ROS 2的GPG密钥
sudo apt update && sudo apt install curl -y
sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key -o /usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg

2.3 添加ROS 2的APT源到系统源列表

# 添加ROS 2的APT源到系统源列表
echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg] http://packages.ros.org/ros2/ubuntu $(. /etc/os-release && echo $UBUNTU_CODENAME) main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/ros2.list > /dev/null

3 安装ROS 2 Humble包

3.1 环境配置

更新APT缓存并确保系统已更新。

# 更新APT缓存并确保系统已更新
sudo apt update
# 更新系统以避免系统包冲突
sudo apt upgrade  

3.2 根据需求选择安装的ROS 2版本

3.2.1 桌面版安装（推荐）：包括ROS、RViz、示例和教程，适合开发和仿真。

# 安装推荐的桌面版（包括ROS、RViz、示例、教程）
sudo apt install ros-humble-desktop

3.2.2 基础版安装（精简版）：仅包含通信库、消息包和命令行工具，不包括GUI工具。

# 安装基础版（仅包含核心通信库和命令行工具）
sudo apt install ros-humble-ros-base

3.2.3 开发工具安装：提供编译器和其他构建ROS包的工具。

# 开发工具（编译器等）
sudo apt install ros-dev-tools

4 环境配置

4.1 环境配置

每次在终端中使用ROS 2时，都需要source环境配置文件:

# source环境配置文件
source /opt/ros/humble/setup.bash

4.2 简化操作

为了简化操作，可以将其添加到.bashrc文件中，使其在每次新终端启动时自动source：

# 在.bashrc中加入ROS的环境变量设置，使其每次启动终端时自动加载
echo "source /opt/ros/humble/setup.bash" >> ~/.bashrc

# 更新.bashrc文件使其生效
source ~/.bashrc

5 验证安装

安装完成后，验证安装的ROS 2 Humble系统是否可以正常使用。

5.1 检查ROS 2版本

# 检查ROS 2版本
ros2 --version

输出安装的ROS 2版本，本文安装为 humble，如果输出正确版本说明ROS 2已经成功安装。

5.2 检查ROS 2环境

# 检查ROS 2环境
echo $ROS_DOMAIN_ID

• 若显示出设定的ROS_DOMAIN_ID，则表明环境配置正确。
• 如果没有输出，请重新执行source /opt/ros/humble/setup.bash，或将此命令添加至~/.bashrc文件中。

5.3 ROS 2核心

• 在ROS 2中，不再需要像ROS 1那样手动启动roscore。
• ROS 2的通信机制是基于DDS中间件，自动处理节点间的发现和通信。

5.4 运行ROS 2示例节点（验证ROS 2通信机制）

ROS 2提供了一些示例节点，可以用来验证安装：

# 发布消息
ros2 run demo_nodes_cpp talker

然后在另一个终端运行：

# 接收消息
ros2 run demo_nodes_py listener

若两个节点能够正常通信并在终端显示传输的消息，则说明ROS 2已经正确安装并配置完毕。

小结

• 通过本次安装与配置，在Ubuntu系统上成功部署了ROS 2 Humble环境，并验证了其核心功能的运行情况。
• 本文详细介绍了从设置系统语言、配置APT源，到安装ROS 2及其基本工具包的各个步骤，同时也展示了环境配置和通信测试的方法。完成这些步骤后，用户可以顺利使用ROS 2进行机器人应用的开发和实验，为后续的工作打下坚实基础。
• ROS 2 Humble版本在通信机制、性能和灵活性上相较于ROS 1有显著提升，更适合复杂的机器人系统开发。未来，可以进一步学习ROS 2的开发工具和实际项目应用，实现机器人功能的扩展与优化。

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