ROS2介绍，及ubuntu22.04 安装ROS 2部署使用！

第一部分：什么是 ROS 2？

ROS 并不是像 Windows 或 Linux 那样的传统"操作系统"，而是一个中间件（Middleware）。它提供了一套通信机制，让不同的程序（比如控制摄像头的程序、规划路径的程序、驱动电机的程序）能够像搭积木一样协同工作。

ROS2（Robot Operating System 2）是一个开源的机器人操作系统框架，它为开发机器人应用程序提供了一整套工具和库。与 ROS 1 相比，ROS2 在许多方面进行了改进，特别是在分布式系统、实时性、跨平台支持等方面。ROS2 支持多种编程语言，最常用的是 C++ 和 Python。

为什么选择 ROS 2 而不是 ROS 1？

去中心化：ROS 2 取消了 ROS 1 中的 "Master" 节点，基于 DDS（数据分发服务）协议。这意味着更强的实时性和稳定性。
支持多平台与微控制器：更好的跨平台支持，甚至可以运行在嵌入式芯片上。
生命周期管理：可以更好地控制节点的启动、暂停和配置。

ROS2 主要包括以下几个部分：

通信中间件（DDS） ：ROS2 采用了 DDS（Data Distribution Service）作为其通信基础，具有更高的可靠性和实时性，适合多机器人系统或分布式系统。
模块化设计：ROS2 强调了模块化设计，可以根据需求选择所需的功能模块，适应各种机器人应用。
跨平台支持：ROS2 支持 Linux、Windows、macOS 和嵌入式系统。
实时支持：ROS2 提供了对实时系统的更好支持，能够确保实时任务的执行。

ROS2 的应用非常广泛，尤其在机器人仿真、自动驾驶、工业机器人、无人机等领域。

核心概念（必读）

在开始之前，你需要理解以下四个概念，它们构成了 ROS 2 的世界：

Node (节点)：一个执行特定任务的独立进程。例如：一个节点负责读取雷达数据，另一个节点负责控制机械臂运动。
Topic (话题) ：节点之间传输数据的"管道"。这是一种发布/订阅模型（类似于广播）。
- 例子：摄像头节点发布 /image_raw 话题，显示屏节点订阅这个话题来显示图像。
Service (服务) ：请求/响应模型。
- 例子：你向机械臂发送一个"抓取"请求，机械臂执行完后给你返回"成功"或"失败"。
Action (动作)：用于长时间运行的任务，带有反馈机制。
- 例子：控制机械臂从 A 点移动到 B 点。这个过程需要几秒钟，期间机械臂会不断反馈"我走到一半了"、"还差一点"，直到最后反馈"到达"。

ROS2 的主要组件

rclcpp / rclpy：分别是 ROS2 C++ 和 Python 的客户端库，提供了创建节点、发布消息、订阅话题等功能。
Gazebo：用于模拟机器人的环境和运动。
RViz：用于可视化机器人状态、传感器数据等。
ROS 2 命令行工具（CLI）：通过命令行交互与 ROS2 系统进行通信，控制机器人。

第二部分：在 Ubuntu 22.04 上安装 ROS 2 (Humble Hawksbill)

Ubuntu 22.04 对应的 ROS 2 长期支持版本 (LTS) 是 Humble Hawksbill。这是目前最稳定、社区支持最好的版本。

请打开终端（Terminal），依次执行以下命令：

1. 设置语言环境 (Locale)

ROS 2 依赖 UTF-8 编码。即使你平时用中文，也建议先确保系统支持 UTF-8。

bash 复制代码

locale  # 检查当前编码

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

2. 启用 Ubuntu Universe 仓库

bash 复制代码

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

3. 添加 ROS 2 的 GPG 密钥和源

这一步是为了让 Ubuntu 信任 ROS 的官方软件源。

bash 复制代码

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

接着，将仓库地址添加到系统中：

bash 复制代码

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

4. 安装 ROS 2 Humble

先更新缓存，然后安装。对于你的需求（仿真+机械臂），强烈建议安装 Desktop 版，因为它包含了可视化的工具（如 RViz 和演示程序）。

bash 复制代码

sudo apt update
sudo apt upgrade
sudo apt install ros-humble-desktop

(注意：这个过程可能需要几分钟到十几分钟，取决于网速。)

5. 安装开发工具

你需要安装构建工具 colcon，这在以后编译你自己的代码时必不可少。

bash 复制代码

sudo apt install python3-colcon-common-extensions

6. 配置环境变量（非常重要！）

每次打开新终端，你需要告诉系统 ROS 2 安装在哪里。为了省事，我们把它写入启动脚本 .bashrc 中。

bash 复制代码

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

第三部分：如何验证及基本使用

安装完成后，我们来运行经典的"小海龟"仿真，验证系统是否正常，并体验如何控制。

1. 启动小海龟模拟器

打开一个新的终端，输入：

bash 复制代码

ros2 run turtlesim turtlesim_node

你应该会看到一个蓝色的窗口，中间有一只海龟。

ros2 run：运行节点的命令。
turtlesim：包名（Package）。
turtlesim_node：节点名（Node）。

2. 控制海龟移动

保持上面的窗口不关，打开第二个终端，输入：

Bash

复制代码

ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

现在，确保你的鼠标焦点在第二个终端上，使用键盘的方向键（上下左右），你会发现第一只窗口里的海龟动起来了！

3. 理解发生了什么（可视化节点关系）

这是理解 ROS 最直观的一步。打开第三个终端，输入：

Bash

复制代码

rqt_graph

这会弹出一个流程图。你会看到：

一个圆圈叫 /teleop_turtle（键盘节点）。
一个圆圈叫 /turtlesim（显示节点）。
中间有一条箭头线 /turtle1/cmd_vel（话题）。

这说明：键盘节点通过 /turtle1/cmd_vel 这个话题，把速度指令（Data）发送给了仿真器节点。

第四部分：针对你的目标（仿真与机械臂）的建议

既然你的目标是机械臂和仿真，安装完基础 ROS 2 后，你必须关注以下两个生态系统：

MoveIt 2 (机械臂控制核心) MoveIt 是 ROS 中最强大的运动规划框架（避障、路径规划、抓取计算）。
- 安装命令：
  
  Bash
  复制代码
```
sudo apt install ros-humble-moveit
```
Gazebo (仿真环境) ROS 2 Humble 通常搭配 Gazebo Fortress 或 Gazebo Classic (版本 11) 使用。这允许你在物理引擎中创建真实的机器人模型，在不依赖硬件的情况下测试算法。
- 安装 ROS-Gazebo 接口：
  
  Bash
  复制代码
```
sudo apt install ros-humble-ros-gz
```

总结

你现在已经拥有了一个功能完备的机器人开发环境。

基础：ROS 2 Humble 已安装。
工具：构建工具 Colcon 已就绪。
验证：通过 Turtlesim 验证了通信。