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ROS2 Python快速入门指南：版本梳理、环境搭建、源码架构详解

文章目录

  • 1. ROS2版本说明及资料获取
  • 1.1 ROS2版本更新记录
  • 1.2 ROS1/ROS2各版本资料位置
  • 2. humble安装
  • 2.1 使用Binary方式安装与测试
  • 2.2 使用源码方式安装与测试
  • 2.2.1 源码下载
  • 2.2.2 源码编译
  • 2.2.3 运行测试
  • 3. ROS架构体系
  • 3.1 主要模块及其功能的概述
  • 3.2 ros-core, ros-base，ros_desktop差异
  • 3.3 DDS介绍

    • 1. ROS2版本说明及资料获取

    1.1 ROS2版本更新记录

    https://docs.ros.org/en/foxy/Releases.html

    ROS1版本更新记录
    https://wiki.ros.org/Distributions

    1.2 ROS1/ROS2各版本资料位置

    https://docs.ros.org/en/?C=M;O=D

    本系列将使用humble来讲解Ros2的使用。

    2. humble安装

    两种方式: Binary安装和源码安装

    2.1 使用Binary方式安装与测试

    binary安装支持Ubuntu Linux Jammy (Ubuntu 22.04) 64-bit x86 and 64-bit ARM，所以如果你装的是Ubuntu22.04, 可以直接使用这种方式安装或者使用源码安装。

    We currently support Ubuntu Linux Jammy (22.04) 64-bit x86 and 64-bit ARM.

    安装与测试步骤参考：

    https://docs.ros.org/en/humble/Installation/Ubuntu-Install-Debians.html

    2.2 使用源码方式安装与测试

    如果是其他Linux系统，如树莓派4（Raspi OS基于Debian Bullseye），可以选择源码安装方式。

    The current Debian-based target platforms for Humble Hawksbill are:
    . Tier 1: Ubuntu Linux – Jammy (22.04) 64-bit
    . Tier 3: Ubuntu Linux -Focal (20.04) 64-bit
    . Tier 3: Debian Linux – Bullseye (11) 64-bit

    Other Linux platforms with varying support levels include:
    . Arch Linux, see alternate instructions
    . Fedora Linux, see alternate instructions
    . OpenEmbedded / webOS OSE, see alternate instructions

    安装步骤参考：

    https://docs.ros.org/en/humble/Installation/Alternatives/Ubuntu-Development-Setup.html

    Ubuntu22.04源码安装步骤：

    2.2.1 源码下载

    #https://docs.ros.org/en/humble/Installation/Alternatives/Ubuntu-Development-Setup.html
#suit for ubuntu22.04

sudo apt install software-properties-common
sudo add-apt-repository universe

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

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

sudo apt update && sudo apt install -y \
  python3-flake8-docstrings \
  python3-pip \
  python3-pytest-cov \
  ros-dev-tools
  
sudo apt install -y \
   python3-flake8-blind-except \
   python3-flake8-builtins \
   python3-flake8-class-newline \
   python3-flake8-comprehensions \
   python3-flake8-deprecated \
   python3-flake8-import-order \
   python3-flake8-quotes \
   python3-pytest-repeat \
   python3-pytest-rerunfailures
 
 sudo apt install python3-colcon-common-extensions
 
#download git listed in ros2.repos (https://github.com/ros2/ros2.git)
#code size 561M
mkdir -p ./ros2_humble/src
cd ros2_humble
vcs import --input https://raw.githubusercontent.com/ros2/ros2/humble/ros2.repos src

    国内网络访问raw.githubusercontent.com出现Connection refused问题处理
    如果遇到这样的错误

    $ sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key -o /usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg
    curl: (7) Failed to connect to raw.githubusercontent.com port 443 after 70 ms: Connection refused

    在网站https://sites.ipaddress.com/查询raw.githubusercontent.com的ip地址

    添加到/etc/hosts文件中

    2.2.2 源码编译

    sudo apt upgrade
sudo rosdep init
rosdep update
rosdep install --from-paths src --ignore-src -y --skip-keys "fastcdr rti-connext-dds-6.0.1 urdfdom_headers"

cd ros2_humble/
colcon build --symlink-install

    sudo rosdep init遇到cannot download default sources list from问题

    $ sudo rosdep init ERROR: cannot download default sources list from:
    https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/rosdep/sources.list.d/20-default.list
    Website may be down.

    重试几次可成功，原因未知，可能是单纯的网络问题。

    $ sudo rosdep init Wrote
    /etc/ros/rosdep/sources.list.d/20-default.list Recommended: please run

    rosdep update

    2.2.3 运行测试

    初始化运行环境
echo "source <workspace path>/ros2_humble/install/local_setup.bash" >> ~/.bashrc

    新终端运行talker示例程序

    ros2 run demo_nodes_cpp talker

    新终端运行listener示例程序

    ros2 run demo_nodes_py listener

    结果如图所示

    rosrun和ros2 run区别
    rosrun和ros2 run都是用于在ROS环境中运行节点的命令行工具，但它们分别适用于不同版本的ROS。

    rosrun:
    rosrun命令是用于在ROS1中运行节点的工具。它允许你直接指定要运行的ROS软件包中的节点，而不需要提前source或者setup.bash ROS环境。它的使用方式是：
    rosrun package_name node_name
    其中，package_name是要运行节点所属的ROS软件包的名称，node_name是要运行的节点的名称。

    ros2 run:
    ros2 run命令是用于在ROS 2中运行节点的工具。它的功能类似于rosrun，但是针对ROS2环境。它允许你直接指定要运行的ROS软件包中的节点，而不需要提前source或者setup.bash ROS环境。它的使用方式也是类似的：

    ros2 run package_name node_name
    其中，package_name是要运行节点所属的ROS软件包的名称，node_name是要运行的节点的名称。

    3. ROS架构体系

    3.1 主要模块及其功能的概述

    模块 功能
    rclcpp 这是 ROS 2 的 C++ 客户端库。它提供了一个面向对象的接口，用于创建节点、发布和订阅主题、调用服务等。rclcpp 提供了一个类似于 ROS 1 的 roscpp 的接口，但是专门为 ROS 2 的分布式架构设计。
    rclpy 与 rclcpp 类似，rclpy 是 ROS 2 的 Python 客户端库。它允许开发者使用 Python 来编写 ROS 2 节点，并与 ROS 2 系统进行交互。
    rosidl 这个模块用于 ROS 2 中的消息和服务接口定义语言 (IDL)。它允许定义 ROS 2 中使用的消息和服务的结构，并生成用于序列化和反序列化这些消息的代码
    rcl ROS 2 的核心 C 语言实现。rcl 提供了一个低级别的 ROS 2 客户端库，用于与 ROS 2 的中间件通信。
    rmw ROS Middleware Interface (RMW) 是 ROS 2 与不同通信中间件之间的接口。ROS 2 支持多种不同的中间件，如 FastRTPS、Cyclone DDS 等，而 RMW 模块允许 ROS 2 与这些不同的中间件进行通信
    ros2cli ROS 2 命令行工具的集合。这些工具用于管理 ROS 2 节点、主题、服务等，以及执行其他与 ROS 2 相关的任务。
    ros2 launch 这是 ROS 2 中用于启动多个节点的工具。它允许用户使用 XML 或 Python 文件来描述节点的启动配置，并按照指定的配置启动这些节点。

    3.2 ros-core, ros-base，ros_desktop差异

    安装ROS的时候，总会有不同的安装选项，如ros-core, ros-base，ros_desktop，区别只是不同选项所包含组件有的多，有的少些而已。

    ros_core：ros_core是ROS的核心组件，它包含了ROS的基本功能和工具，例如ROS Master、rosout日志记录节点等。ros_core只包含最基本的ROS功能，适用于用户想要自定义自己的ROS环境的情况。

    ros_base：ros_base是一个比ros_core更大的安装选项，它包含了ros_core中的所有内容，同时还包含了一些额外的ROS软件包，如常用的ROS库、工具和一些常用的传感器和执行器的驱动程序。ros_base提供了一个较为完整的ROS环境，适用于大多数ROS应用。

    ros_desktop：ros_desktop是ROS安装的最完整的选项，它包含了ros_base中的所有内容，以及一些针对桌面用户的可视化工具和库，如rviz（ROS的三维可视化工具）、rqt（ROS的可视化工具集）等。ros_desktop适用于需要使用ROS进行开发和调试的桌面用户。

    因此，这三个选项之间的关系是：ros_desktop包含了ros_base，ros_base包含了ros_core。用户可以根据其需求选择合适的安装选项。

    具体差异可见：https://www.ros.org/reps/rep-2001.html#id23
    同样以humble版本为例

    3.3 DDS介绍

    DDS 指的是 Data Distribution Service（数据分发服务），是一种用于实时系统之间通信和数据共享的开放标准。在 ROS 2 中，DDS 用作 ROS 2 的通信中间件，用于在不同的 ROS 2 节点之间传输消息。

    ROS 2 中的 DDS 实现充当了 ROS 2 架构的基础，负责节点之间的通信。ROS 2 支持多种 DDS 实现，例如 Fast DDS、Cyclone DDS 等。这些实现都遵循 DDS 标准，并提供了在 ROS 2 中使用 DDS 进行通信所需的接口和功能。

    DDS 提供了一种灵活而强大的消息传输机制，具有高度的可靠性和实时性。它允许开发者根据系统的需求配置通信参数，并支持多种通信模式，包括发布-订阅、请求-响应等。这使得 DDS 成为构建实时分布式系统的理想选择，也成为了 ROS 2 作为机器人操作系统的核心通信技术。

    DDS（Data Distribution Service）是一种用于实时系统之间通信和数据共享的开放标准。DDS 标准由 Object Management Group（OMG）制定和维护，是一种针对实时和嵌入式系统的数据通信协议。以下是 DDS 标准的主要特点和组成部分：

    1. 发布-订阅模型（Publish-Subscribe Paradigm）：DDS 使用发布-订阅模型，允许数据的发布者（Publishers）向感兴趣的订阅者（Subscribers）广播数据。这种模型允许松散的耦合和异步通信，使得系统更加灵活和可扩展。

    2. 数据中心（Data-Centric）：DDS 是一种数据中心的通信协议，强调数据的传输和共享。数据被视为中心，而不是消息传输机制。这种方法允许系统中的各个部分直接共享数据，而不需要显式的点对点通信。

    3. 实时性（Real-Time Capabilities）：DDS 具有很好的实时性能，能够满足实时系统的要求。DDS 的实现通常提供了可配置的 QoS（Quality of Service）参数，允许开发者根据系统的需求调整通信的实时性、可靠性和带宽利用率等方面的参数。

    4. 自动发现和路由（Automatic Discovery and Routing）：DDS 允许系统中的节点自动发现彼此，并建立通信连接。DDS 还支持动态的路由机制，允许在系统运行时动态地调整通信路径。

    5. 安全性（Security）：DDS 提供了安全性的支持，包括身份验证、访问控制、加密等功能，以确保通信数据的机密性和完整性。

    6. 平台无关性（Platform-Independence）：DDS 是一种平台无关的通信协议，可以在各种不同的操作系统和硬件平台上使用。

    DDS 标准的实现通常由各个厂商提供，包括开源实现和商业实现。在实时系统、嵌入式系统、大规模分布式系统等领域，DDS
    在提供高效、可靠的数据通信方面发挥着重要作用。

    作者：techfuture

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