[ROS2 foxy Ubuntu实战]: 1. 安装机器人操作系统

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以下是相关实验的小结。

机器人是一个系统工程，它涉及机械、电子、控制、通信、软件等诸多学科。ROS(Robot Operating System)是一个适用于机器人编程的框架，这个框架把原本松散的零部件耦合在了一起，为他们提供了通信架构。

ROS虽然叫做机器人操作系统，但并非Windows、Linux、Mac那样通常意义的操作系统，它由很多免费的软件组成，连接了操作系统和你开发的ROS应用程序，同时也实现了部分传统操作系统的功能，可以把它理解为一个中间件。底层相关的实现包括硬件抽象、竞争管理、进程管理。上层实现则比如异步调用，同步调用，数据中央数据库，机器人设置系统等。

在ROS运行时环境上，机器人的感知、决策、控制算法可以更好的组织和运行。ROS有版本1和版本2, 即ROS, ROS2. ROS2 Foxy Fitzroy可以在不同的操作系统中安装和运行，如Windows, Linux或 Mac。ROS除了可以在电脑操作系统上直接运行，也可以在虚拟机或Docker中运行。

最初Willow Garage开发他的机器人Roboter PR2时，是为了设计一个在已知环境中具有自主导航功能的人形机器人。不过在开发初期，他就将ROS往通用和可定制软件的方向设计，以便以后集成到不同机器人中，能方便改进或修改。如今，ROS 不仅用于 PR2 和类似的机器人，而且还用于各种尺寸的移动机器人、人形机器人、工业机械臂、户外陆地车辆和飞行器等。

ROS2由Robotik社区合作开发，主要对以下几个领域进行了改进:

• 机器人团队合作
• 小型电子卡上搭载的软件
• 实时系统
• 不稳定的网络
• 生产环境

如果想了解机器人操作系统(ROS), 除了看视频和文章，最吸引人的还是让这个系统在电脑上跑起来，然后试用一些它的功能。熟悉后，在它的基础上，就可以试练更多的硬核知识，比如物联网，人工智能，机器人动力学等。

虽然ROS官方说其foxy版本支持三大操作系统，windows, linux和OS X, 在试过Ubuntu及Mac Pro上的安装后，终于找到一种可以顺利安装的方法。

简短的说就是，通过按照ROS提供的debian安装手册，在ubuntu 20系统上，可以顺利安装ROS2 foxy。

安装好后做的第一个测试是关于消息传递，首先是运行ROS2自带的C++程序，它会一直发布一些消息。然后在另一个terminal上运行ROS2自带的python程序，用于监听这些消息。

ROS2: Message

安装步骤基本上就是照着官网给的debian安装手册做, 运行过程中注意拷贝的口令都被执行了:

locale
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

sudo apt update && sudo apt install curl gnupg2 lsb-release
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 $(source /etc/os-release && echo $UBUNTU_CODENAME) main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/ros2.list > /dev/null

sudo apt update

sudo apt install ros-foxy-desktop

sudo apt install ros-foxy-ros-base

source /opt/ros/foxy/setup.bash

#open in first terminal
source /opt/ros/foxy/setup.bash
ros2 run demo_nodes_cpp talker

#open in second terminal
source /opt/ros/foxy/setup.bash
ros2 run demo_nodes_py listener

注：ROS提供在ubuntu及Mac上安装ROS2的手册，但用那个安装手册无法顺利安装ROS2，尝试过编译代码以及直接安装, 均告失败。不过，按照ROS提供的debian安装手册，在ubuntu系统上，倒可以顺利安装ROS2 foxy。此外，也可以试试直接用docker运行ROS2 foxy， 也许哪天可以试试。

接下来我们对它的运行环境再做一些配置，方便以后的实验。

echo "source /opt/ros/foxy/setup.bash" >> ~/.bashrc

printenv | grep -i ROS

echo "export ROS_DOMAIN_ID=0" >> ~/.bashrc

注:

ROS2安装分两种，要么编译源代码安装，要么直接使用安装包安装。我们是选择的debian安装包安装的。本节使用的setup.bash路径也是默认的。如果是通过编译源代码安装，这个路径在安装时可以自定义，设置时就得选择相应的路径。

代码 "echo ..."运行后，只是将该行代码写入.bashrc文件，并没有做其他操作。该代码是利用source口令来执行setup.bash，设置环境。.bashrc会被运行，当新的terminal被打开时。所以运行printenv代码时，需要开启一个新的terminal。

优点是以后再运行ROS2自带的口令，就不需要每次运行source那段口令。printenv运行后，它会输出类似这样的信息:

ROS_VERSION=2
ROS_PYTHON_VERSION=3
AMENT_PREFIX_PATH=/opt/ros/foxy
PYTHONPATH=/opt/ros/foxy/lib/python3.8/site-packages
LD_LIBRARY_PATH=/opt/ros/foxy/opt/yaml_cpp_vendor/lib:/opt/ros/foxy/opt/rviz_ogre_vendor/lib:/opt/ros/foxy/lib/x86_64-linux-gnu:/opt/ros/foxy/lib
ROS_LOCALHOST_ONLY=0
PATH=/opt/ros/foxy/bin:......
ROS_DISTRO=foxy

ROS_DOMAIN_ID的值需要在0到232之间。DDS（数据分发服务）是一个开放标准的实时系统连接框架，它使分布式系统能够作为一个集成的整体安全运行。ROS2基于 DDS，可轻松实现分布式机器人系统的 3D 可视化，ROS_DOMAIN_ID在DDS中会被使用到。

现在ROS2的运行环境就准备好了。

下一次我们将介绍在ROS2上控制物体在图形界面上的移动。