Ubuntu 的 ROS 操作系统安装与测试

引言

机器人操作系统（ROS, Robot Operating System）是一个用于开发机器人应用的开源框架，它提供了一系列功能丰富的库和工具，能够帮助开发者构建和控制机器人。

当前，ROS1的最新版本为Noetic Ninjemys，专为Ubuntu 20.04设计，适合在Linux环境中实现机器人控制、感知和智能算法等功能。

本文将介绍ROS1 最新版本 Noetic的安装步骤及其基本测试方法，以帮助读者快速上手这一广泛应用于机器人领域的操作系统。

学习目标

本次学习的目标是通过在Ubuntu系统上安装和配置ROS Noetic Ninjemys操作系统，为后续的机器人开发和应用打下基础。

通过本次学习，读者将掌握ROS Noetic的安装流程、环境配置及基础操作，使其能够在Ubuntu上顺利使用ROS进行机器人控制、感知和算法开发。

此外，学习如何创建和管理ROS工作空间、安装必要的依赖包、配置环境变量等，以确保系统能够支持各种机器人开发任务，为后续的算法实现和仿真工作提供稳定的基础。

安装与自己Ubuntu版本对应的ROS版本，本文ROS Noetic Ninjemys 主要支持 Ubuntu 20.04 (Focal Fossa）。安装前请详细参考 Ubuntu版本、ROS版本与Python 版本之间的关系。

学习内容

1 配置ROS Noetic的安装源

ROS官方提供了Noetic版本的软件包，适用于多种Ubuntu平台，用户无需从源码构建，直接安装即可使用。以下是安装过程：

1.1 配置Ubuntu仓库

在安装ROS之前，需要将Ubuntu软件仓库设置为允许"restricted"、"universe"和"multiverse"。具体操作请参考 Ubuntu官方指南。

1.2 设置sources.list。

配置系统以接受ROS软件包：

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# 设置ROS的软件源列表
sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'

1.3 设置密钥

安装curl（如果未安装），并添加ROS仓库的密钥：

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# 安装curl工具
sudo apt install curl

# 添加ROS仓库的密钥
curl -s https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.asc | sudo apt-key add -

2 安装ROS Noetic

2.1 确保包索引为最新

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# 更新包索引
sudo apt update

2.2 根据需求选择安装的ROS版本

2.2.1 桌面完整版安装（推荐）：包括桌面版所有内容，外加2D/3D仿真器和感知包。

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# 安装完整版，包含核心工具和2D/3D仿真器（推荐）
sudo apt install ros-noetic-desktop-full

2.2.2 桌面版安装：包括ROS-Base所有内容，外加rqt和rviz等工具。

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# 或者只安装桌面版，包含基础工具如rqt和rviz
sudo apt install ros-noetic-desktop

2.2.3 基础版安装（精简版）：包含ROS打包、构建和通信库，不包含GUI工具。

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# 安装ROS-Base版本，只包含最基础的ROS功能
sudo apt install ros-noetic-ros-base

2.3 如需安装特定包

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# 如需安装特定包（例如slam-gmapping）
sudo apt install ros-noetic-slam-gmapping

3 环境设置

3.1 环境配置

每次在终端中使用ROS时，都需要source环境配置文件:

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# source环境配置文件
source /opt/ros/noetic/setup.bash

3.2 简化操作

为了简化操作，可以将其添加到.bashrc文件中，使其在每次新终端启动时自动source：

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# 在.bashrc中加入ROS的环境变量设置，使其每次启动终端时自动加载
echo "source /opt/ros/noetic/setup.bash" >> ~/.bashrc

# 更新.bashrc文件使其生效
source ~/.bashrc

4 安装构建包的依赖

4.1 安装工具

为了创建和管理自己的ROS工作空间，需要安装一些工具:

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# 安装构建所需的工具
sudo apt install python3-rosdep python3-rosinstall python3-rosinstall-generator python3-wstool build-essential

4.2 初始化rosdep

初始化rosdep以便安装系统依赖：

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# 初始化rosdep并更新
sudo rosdep init
rosdep update

5 验证安装

安装完成后，验证安装的ROS系统是否可以正常使用。

5.1 检查ROS版本

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# 检查ROS版本
rosversion -d

输出安装的ROS版本，本文安装为 noetic，如果输出正确版本说明ROS已经成功安装。

5.2 检查ROS环境

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# 检查ROS环境
echo $ROS_PACKAGE_PATH

如果ROS环境配置正确，会显示相关路径。
如果没有输出，可能需要重新执行 source /opt/ros/noetic/setup.bash 或将其添加到 ~/.bashrc 文件中。

5.3 运行ROS核心

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# 运行ROS核心
roscore

如果ROS核心启动成功，终端会显示类似以下的信息，表示ROS系统已启动。按 Ctrl+C 停止。

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... logging to /home/jack/.ros/log/... 
started roslaunch server http://172.0.0.1:11311/
ros_comm version 1.15.10

5.4 运行ROS示例节点（验证ROS通信机制）

ROS提供了一些示例节点，可以用来验证安装：

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# 接收消息
rosrun rospy_tutorials listener.py

然后在另一个终端运行：

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# 发布消息
rosrun rospy_tutorials talker.py

若两个节点能够正常通信并在终端显示传输的消息，则说明ROS 2已经正确安装并配置完毕。

小结

在本次学习中，我们详细介绍了如何在Ubuntu上安装ROS Noetic并进行环境配置，以便用户能够顺利搭建起支持机器人开发的工作环境。
主要步骤包括配置Ubuntu仓库、设置ROS软件源、安装所需密钥、选择合适的ROS版本（如desktop-full或ros-base）进行安装、环境变量配置以及安装构建包依赖。
最后通过验证安装确保ROS配置成功，为后续的机器人控制和算法开发奠定基础。

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