【ROS 机器人快速入门】

在使用 ROS 时,一般开发流程可以分为以下几个主要步骤:


1. 安装和环境配置

  • 安装 ROS:通过官方教程安装适合的 ROS 版本(如 ROS Noetic、ROS2 Humble)。
  • 设置环境变量
    • ~/.bashrc 中添加:
      source /opt/ros/<distro>/setup.bash
      
    • 替换 <distro> 为对应版本,如 noetichumble

2. 创建工作空间

ROS 使用工作空间(workspace)管理代码。常用的工作空间管理工具是 catkin(ROS1)或 colcon(ROS2)。

  • ROS1:

    mkdir -p ~/catkin_ws/src
    cd ~/catkin_ws
    catkin_make  # 或者使用 catkin build
    
  • ROS2:

    mkdir -p ~/ros2_ws/src
    cd ~/ros2_ws
    colcon build
    
  • 配置工作空间环境(在 ~/.bashrc 中添加):

    source ~/catkin_ws/devel/setup.bash  # ROS1
    source ~/ros2_ws/install/setup.bash  # ROS2
    

3. 开发 ROS 包

ROS 项目通过包(package)组织。以下是创建和开发包的基本步骤:

创建 ROS 包
  • ROS1:
    cd ~/catkin_ws/src
    catkin_create_pkg <package_name> [dependencies]
    
  • ROS2:
    cd ~/ros2_ws/src
    ros2 pkg create <package_name> --dependencies [dependencies]
    
开发代码
  1. 编辑源代码: 在 src 目录中编写节点(Node)代码,通常使用 C++ 或 Python。

    • C++:放在 src/ 文件夹。
    • Python:放在 scripts/ 文件夹,并赋予可执行权限:
      chmod +x scripts/<your_script>.py
      
  2. 编辑 CMakeLists.txtpackage.xml

    • 添加依赖项、设置构建规则。

4. 构建工作空间

  • ROS1:
    cd ~/catkin_ws
    catkin_make  # 或者 catkin build
    
  • ROS2:
    cd ~/ros2_ws
    colcon build
    

5. 运行 ROS

启动 ROS 主节点
  • ROS1:
    roscore
    
  • ROS2(不需要显式启动,DDS 通信中会自动启动类似功能)。
运行节点
  • ROS1:
    rosrun <package_name> <node_name>
    
  • ROS2:
    ros2 run <package_name> <node_name>
    
启动文件(launch files)

如果有多个节点需要同时启动,使用 launch 文件:

  • ROS1:
    roslaunch <package_name> <launch_file.launch>
    
  • ROS2:
    ros2 launch <package_name> <launch_file.launch>
    

6. 调试和工具使用

  • 调试工具

    • rostopic:查看和发布话题消息。
      rostopic list  # 列出所有话题
      rostopic echo /topic_name  # 查看某个话题的数据
      
    • rosservice:管理服务(ROS1)。
    • rqt:图形化工具查看节点、话题关系。
      rqt_graph
      
    • ROS2 等效命令
      • ros2 topic list
      • ros2 topic echo
      • ros2 node list
  • 日志查看

    • ROS1:
      roslog
      
    • ROS2:
      ros2 log
      

7. 运行结果验证

  • 测试节点是否正确发布/订阅消息,使用 rostopicrqt_graph
  • 测试服务是否正常响应,使用 rosserviceros2 service

8. 高级开发

  • 编写自定义消息和服务
    • 定义 .msg.srv 文件,运行 catkin_makecolcon build 生成对应的代码。
  • 多工作空间叠加
    • 使用多个工作空间时,依次 source 各个工作空间的 setup.bash
  • 集成传感器和硬件
    • 使用现成的驱动包(如激光雷达、摄像头)。
  • 仿真环境
    • 使用 Gazebo 或 RViz 进行仿真和可视化。

9. 部署和测试

  • 在真实机器人或目标平台上部署节点。
  • 配置启动文件和参数,确保系统按预期工作。

总结

  1. 创建工作空间和包
  2. 编写和编译代码
  3. 运行节点和调试
  4. 仿真或真实硬件部署
  5. 优化和测试系统

这是一个典型的 ROS 开发流程。通过熟悉这些步骤,你可以有效地完成机器人系统的开发与调试。

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