ROS学习第一步————创建工作空间&下载package包

已于 2025-01-25 16:58:14 修改
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于 2025-01-25 16:56:16 首次发布
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版权

ROS学习

ROS简介

ROS（Robot Operating System，机器人操作系统） 是一个用于机器人开发的开源框架，它为机器人软件的开发提供了一套标准化的工具和库。ROS并不是一个传统意义上的操作系统，而是一个运行在Linux上的中间件，用于处理机器人软件开发中的常见问题。

核心特点

  1. 模块化设计

    • ROS将机器人功能划分为独立的模块（称为“节点”），每个节点专注于完成一个任务（如传感器数据处理、运动控制等）。
    • 节点之间通过消息机制进行通信，支持分布式计算。

  2. 跨平台支持

    • ROS 1 主要支持 Linux 系统（如 Ubuntu）。
    • ROS 2 支持多平台，包括 Linux、Windows 和 macOS。

  3. 强大的工具链

    • 提供了大量工具，如：
      • Rviz：用于3D可视化。
      • Gazebo：用于物理仿真。
      • rosbag：用于记录和回放数据。

  4. 社区支持

    • ROS拥有一个活跃的开源社区，提供丰富的教程、文档和开源包，涵盖传感器驱动、路径规划、SLAM等领域。

  5. 开源生态

    • ROS是完全开源的，用户可以自由使用、修改和分发。

ROS架构

ROS的架构由以下主要组件组成：

  1. 节点（Node）

    • ROS中的基本执行单元，每个节点完成一个独立的任务。
    • 例如，一个节点负责读取激光雷达数据，另一个节点负责路径规划。

  2. 主题（Topic）

    • 节点之间通过主题进行通信。
    • 例如，激光雷达节点可以将数据发布到“/scan”主题，其他节点可以订阅该主题。

  3. 服务（Service）

    • 提供同步的请求-响应机制，用于需要即时反馈的任务。

  4. 参数服务器（Parameter Server）

    • 用于存储和管理全局参数，方便节点共享配置信息。

  5. 消息（Message）

    • ROS中的数据传输单位，定义了节点之间的通信格式。

  6. 动作（Action）

    • 用于处理需要较长时间完成的任务（如机器人导航），支持异步反馈。

ROS 1 和 ROS 2 的区别

特性ROS 1ROS 2
发布年份20072017
通信机制基于TCP/UDP基于DDS（实时通信支持）
平台支持仅支持Linux支持Linux、Windows、macOS
实时性不支持实时性支持实时性
安全性无内置安全机制支持认证与加密
适用场景传统机器人开发多机器人、嵌入式、工业应用

ROS应用场景

  1. 服务机器人
    • 家用机器人（如扫地机器人、语音助手机器人）。
  2. 工业机器人
    • 自动化生产线、物流机器人。
  3. 无人驾驶
    • 自动驾驶汽车中的传感器融合、路径规划等。
  4. 学术研究
    • 机器人算法开发与验证。
  5. 仿真与培训
    • 使用仿真工具（如Gazebo）进行虚拟环境测试。

ROS的优势

  1. 开源免费：降低开发成本。
  2. 模块化架构：支持分布式系统。
  3. 丰富的社区资源：快速获取已有的解决方案。
  4. 灵活性强：支持多种编程语言（如C++、Python）。

ROS的不足

  1. 学习曲线陡峭：需要掌握Linux、C++/Python等基础知识。
  2. 版本兼容性问题：不同ROS版本之间不完全兼容。
  3. 实时性较弱（主要针对ROS 1）。

ROS APT

APT是一种ubantu自带的一套软件包下载工具，类似于应用商城，使用它可以从网上的源服务器下载指定的软件包并自动安装

  • 进入网页https://index.ros.org/
    在这里插入图片描述
    简介：
    在这里插入图片描述
    ROS Index是搜索ROS和ROS 2资源（包括包、存储库和系统依赖项）的入口点。
    您可以在搜索栏中输入关键字和短语，然后根据资源类型过滤结果，或者您可以浏览完整的包、存储库和系统依赖项列表。

  • 点击package list
    在这里插入图片描述
    列举了ROS官方商店中的所有软件包

  • 包的基本信息
    随机选择一个package，进入其简介页面
    在这里插入图片描述
    左上角板块列举了当前package的版本号，开源协议，编译工具等
    左下角为package的源码信息，可以获取包的源代码进行学习和修改
    右侧为包的具体信息，包括简介，拓展链接，当前维护者和原作者，单击website可以查看软件包的使用细节的页面
    在这里插入图片描述

  • 如何进行下载
    在终端中输入 sudo apt install ros-<版本>-<package名>
    在这里插入图片描述

    • 如何确认版本版本：
      版本和Ubuntu版本相关
      ROS版本,支持的Ubuntu版本
ROSUbuntu版本对应的版本
ROSUbuntu 20.04 (LTS)Noetic
ROSUbuntu 18.04 (LTS)Melodic
ROS 2Ubuntu 22.04 (LTS)Humble
ROS 2Ubuntu 20.04 (LTS)Foxy

创建工作空间

  1. 打开Linux系统中的终端
    分别完成以下步骤

    • mkdir catkin_ws
      在主目录下新建一个文件夹
    • cd catkin_ws
      转移路径至主文件夹中的catkin_ws文件夹
    • mkdir src
      在catkin_ws文件夹下创建src文件夹，意为source用于存放资源
      在GitHub上下载资源需要进入src文件夹
    • cd src
      转移路径至主文件夹中的catkin_ws文件夹中的src文件夹下
      在这里插入图片描述
      以上为终端指令为操作系统基础指令

  2. 引入工具git
    在这里插入图片描述

  3. 进入GitHub网站，在搜索栏输入wqr_simulation，选中
    在这里插入图片描述

  4. 点击Code，复制链接
    在这里插入图片描述

  5. 在终端输入进行克隆
    在这里插入图片描述

  6. 安装scripts中的依赖包
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在终端中该目录中输入./install_for_noetic.sh
    在这里插入图片描述

    • scripts目录中主要存放脚本文件，用于完成一些使用频率不是很高的操作（文本文件和python程序）

  7. 编译工作空间中src的源码
    打开在catkin_ws路径下的终端输入catkin_make进行编译
    在这里插入图片描述

检验工作空间

  1. 将catkin_ws工作空间中的环境变量参数加载到终端程序中
    打开在catkin_ws路径下的终端输入source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

在这里插入图片描述

  1. 打开仿真环境Gazebo
    在catkin_ws路径下的终端输入roslaunch wpr_simulation wpb_simple.launch
    出现如图所示页面
    在这里插入图片描述
  2. 测试Gazebo
    打开一个新的终端，输入rosrun rqt_robot_steering rqt_robot_steering,此指令调用的是rqt_robot_steering包，出现以下界面
    在这里插入图片描述
    调节速度可实现仿真中机器人的自由转动

设置空间变量的环境参数

通常我们会把设置工作空间的环境参数的source指令添加到终端程序初始化脚本~/.bashrc文件中以便于每次打开终端能够直接运行ROS程序，不需要反复重复

  • 在终端中输入 gedit ~/.bashrc，出现以下界面
    在这里插入图片描述
    在文件末尾新起一行，添加 source ~catkin_ws/devel/setup.bash并保存即可
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