ROS2基础教程

码与农

2053人浏览 · 2025-09-04 08:11:52

码与农 · 2025-09-04 08:11:52 发布

以下是一份ROS2（Humble Hawksbill版本，长期支持版）入门教程，涵盖安装、核心操作及基础示例，适合初学者快速上手：

一、ROS2安装（以Ubuntu 22.04为例）

1. 配置系统环境

# 允许apt通过HTTPS访问仓库
sudo apt update && sudo apt install -y curl gnupg lsb-release
sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key -o /usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg

# 添加ROS2仓库
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

2. 安装ROS2核心包

sudo apt update
# 桌面版（含GUI工具、示例）
sudo apt install -y ros-humble-desktop
# 基础版（仅核心组件，无GUI）
# sudo apt install -y ros-humble-ros-base

3. 设置环境变量

# 每次打开终端自动加载ROS2环境（推荐）
echo "source /opt/ros/humble/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

# 验证安装
ros2 --version  # 若输出版本信息，说明安装成功

二、ROS2核心概念快速回顾

节点（Node）：独立运行的进程，负责单一功能（如“激光雷达处理节点”“电机控制节点”）。
话题（Topic）：异步通信通道，采用“发布-订阅”模式（如传感器数据持续发布）。
服务（Service）：同步通信接口，采用“请求-响应”模式（如单次查询机器人位置）。
动作（Action）：用于长时间任务，支持进度反馈和取消（如“导航到目标点”）。
参数（Parameter）：节点的配置变量（如PID控制器的比例系数）。

三、第一个ROS2程序：话题通信

1. 创建工作空间与功能包

# 创建工作空间
mkdir -p ~/ros2_ws/src
cd ~/ros2_ws/src

# 创建功能包（C++版）
ros2 pkg create --build-type ament_cmake my_package --dependencies rclcpp std_msgs

# 若用Python：
# ros2 pkg create --build-type ament_python my_package --dependencies rclpy std_msgs

2. 编写发布者节点（以C++为例）

在 ~/ros2_ws/src/my_package/src/ 下创建 publisher_node.cpp：

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"

using namespace std::chrono_literals;

class MinimalPublisher : public rclcpp::Node {
public:
  MinimalPublisher() : Node("minimal_publisher"), count_(0) {
    // 创建发布者，话题名为"topic"，消息类型String，队列长度10
    publisher_ = this->create_publisher<std_msgs::msg::String>("topic", 10);
    // 定时器：每500ms触发一次回调
    timer_ = this->create_wall_timer(
      500ms, std::bind(&MinimalPublisher::timer_callback, this));
  }

private:
  void timer_callback() {
    auto msg = std_msgs::msg::String();
    msg.data = "Hello ROS2! Count: " + std::to_string(count_++);
    RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Publishing: '%s'", msg.data.c_str());
    publisher_->publish(msg);
  }
  rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_;
  rclcpp::Publisher<std_msgs::msg::String>::SharedPtr publisher_;
  size_t count_;
};

int main(int argc, char * argv[]) {
  rclcpp::init(argc, argv);
  rclcpp::spin(std::make_shared<MinimalPublisher>());  // 运行节点
  rclcpp::shutdown();
  return 0;
}

3. 编写订阅者节点

在同目录下创建 subscriber_node.cpp：

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"

class MinimalSubscriber : public rclcpp::Node {
public:
  MinimalSubscriber() : Node("minimal_subscriber") {
    // 创建订阅者，订阅"topic"话题，收到消息时触发回调
    subscription_ = this->create_subscription<std_msgs::msg::String>(
      "topic", 10, std::bind(&MinimalSubscriber::topic_callback, this, std::placeholders::_1));
  }

private:
  void topic_callback(const std_msgs::msg::String & msg) const {
    RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "I heard: '%s'", msg.data.c_str());
  }
  rclcpp::Subscription<std_msgs::msg::String>::SharedPtr subscription_;
};

int main(int argc, char * argv[]) {
  rclcpp::init(argc, argv);
  rclcpp::spin(std::make_shared<MinimalSubscriber>());
  rclcpp::shutdown();
  return 0;
}

4. 配置编译规则

修改 ~/ros2_ws/src/my_package/CMakeLists.txt，添加以下内容（放在ament_package()前）：

add_executable(talker src/publisher_node.cpp)
ament_target_dependencies(talker rclcpp std_msgs)
install(TARGETS
  talker
  DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})

add_executable(listener src/subscriber_node.cpp)
ament_target_dependencies(listener rclcpp std_msgs)
install(TARGETS
  listener
  DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})

5. 编译与运行

# 回到工作空间根目录
cd ~/ros2_ws
# 编译
colcon build
# 加载工作空间环境（每次新终端需执行）
source install/setup.bash

# 打开新终端，运行发布者
ros2 run my_package talker

# 再开新终端，运行订阅者
ros2 run my_package listener

此时订阅者会打印发布者发送的消息，实现话题通信。

四、常用ROS2命令行工具

命令	功能	示例
`ros2 node list`	查看所有节点	-
`ros2 topic list`	查看所有话题	`ros2 topic echo /topic`（打印话题消息）
`ros2 service list`	查看所有服务	`ros2 service call /add_two_ints example_interfaces/srv/AddTwoInts "{a: 1, b: 2}"`（调用服务）
`ros2 param list`	查看节点参数	`ros2 param set /my_node max_speed 0.5`（设置参数）
`ros2 bag record /topic`	录制话题数据	`ros2 bag play <文件名>`（回放数据）