交互式机器人编程：使用Jupyter Notebook运行ROS2程序

文章目录

[1. ROS2运行环境](#1. ROS2运行环境)
[2. Jupyter运行环境](#2. Jupyter运行环境)
[3. 运行测试](#3. 运行测试)
- [3.1 发布话题](#3.1 发布话题)
- [3.2 运行多节点](#3.2 运行多节点)
报错

jupyter这种可见即可得的运行方式，非常方便代码调试。它允许我们逐段、即时地执行代码并查看结果，非常适合在开发过程中实时测试和验证代码逻辑。因此，想在jupyter中运行ros2的代码，从而方便调试机器人控制指令。下面记录运行环境的搭建过程，其他可参考：https://docs.isaacsim.omniverse.nvidia.com/latest/ros2_tutorials/tutorial_ros2_manipulation.html，https://github.com/isaac-sim/IsaacSim-ros_workspaces

1. ROS2运行环境

为了能在jupyter中使用ros2，需要在相同的虚拟环境中安装ros2，这里使用鱼香ros的一键安装指令：

shell 复制代码

wget http://fishros.com/install -O fishros && . fishros

如果这种方式，可参考官网的安装方法https://docs.ros.org/en/humble/Installation/Ubuntu-Install-Debs.html

2. Jupyter运行环境

创建Python虚拟环境，用于与Ubuntu的Python环境隔离，避免Ubuntu系统逐渐臃肿。通过以下指令创建虚拟环境：

shell 复制代码

wget https://repo.anaconda.com/archive/Anaconda3-2025.06-0-Linux-x86_64.sh

chmod +x Anaconda3-2025.06-0-Linux-x86_64.sh
bash Anaconda3-2025.06-0-Linux-x86_64.sh

# 创建虚拟环境
conda create -n ros2_env python=3.10 -y

# 切换到新创建的虚拟环境
conda activate ros2_env 

# 安装jupyter notebook
conda install jupyter notebook -y
conda install jupyter_contrib_nbextensions -y

# 安装C++ kernel
conda install xeus-cling -c conda-forge -y

# 检查是否成功安装了kernel
jupyter kernelspec list

# 运行jupyter notebook
# conda activate ros2_env 
# jupyter notebook
# # 或者启动lab【有目录】
# jupyter lab

Ubuntu安装必要的ros2库

shell 复制代码

sudo apt install python3-colcon-common-extensions -y

安装Python的第三方库：

shell 复制代码

pip install empy catkin_pkg lark jinja2 typeguard jupyter notebook jupyter_contrib_nbextensions -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

运行jupyter服务：

shell 复制代码

# 如果需要在jupyter中使用某个项目的功能包，需要运行
# source install/setup.bash
jupyter lab

在vscode中创建notebook文件control_code.ipynb

然后，配置jupyter文件的运行环境。

接来下输入代码运行测试一下：

3. 运行测试

3.1 发布话题

先初始化ros2

python 复制代码

import rclpy
rclpy.init(args=None)

然后运行主程序

python 复制代码

import rclpy
from rclpy.node import Node
from std_msgs.msg import String
import time

class SimplePublisher(Node):
    def __init__(self):
        super().__init__('simple_publisher')
        
        # 创建发布者，话题名为 "my_topic"，队列大小为10
        self.publisher_ = self.create_publisher(String, 'my_topic1', 10)
        
        # 创建定时器，每1秒发布一次消息
        timer_period = 1.0  # 秒
        self.timer = self.create_timer(timer_period, self.timer_callback)
        
        self.count = 0
        self.get_logger().info('发布者节点已启动，开始发布消息...')

    def timer_callback(self):
        # 创建消息
        msg = String()
        msg.data = f'Hello ROS2! 消息编号: {self.count}'
        
        # 发布消息
        self.publisher_.publish(msg)
        
        # 记录日志
        self.get_logger().info(f'发布消息: "{msg.data}"')
        
        self.count += 1

# rclpy.init(args=None)
publisher = SimplePublisher()
rclpy.spin(publisher)

在终端查看节点和话题是否存在：ros2 node list && ros2 topic list

3.2 运行多节点

在实际开发中，经常需要运行多个节点，以实现数据的观测和目标的控制。接下来介绍如何在单个jupyter文件中运行多个节点。

创建并使用多线程启动节点：

python 复制代码

import rclpy
from rclpy.node import Node
from rclpy.executors import MultiThreadedExecutor
from std_msgs.msg import Int32
import threading
import time

# 定义发布者节点
class PublisherNode(Node):
    def __init__(self):
        super().__init__('publisher_node')
        self.publisher_ = self.create_publisher(Int32, 'int_topic', 10)
        self.timer = self.create_timer(0.5, self.timer_callback)  # 每0.5秒触发一次
        self.count = 0

    def timer_callback(self):
        msg = Int32()
        msg.data = self.count
        self.publisher_.publish(msg)
        self.get_logger().info(f'Publishing: "{msg.data}"')
        self.count += 1

# 定义订阅者节点
class SubscriberNode(Node):
    def __init__(self):
        super().__init__('subscriber_node')
        self.subscription = self.create_subscription(
            Int32,
            'int_topic',
            self.listener_callback,
            10)
        self.subscription  # 防止未使用变量警告

    def listener_callback(self, msg):
        self.get_logger().info(f'I heard: "{msg.data}"')

# 初始化rclpy
rclpy.init()

# 创建节点对象
pub_node = PublisherNode()
sub_node = SubscriberNode()

# 创建多线程执行器并添加节点
executor = MultiThreadedExecutor()
executor.add_node(pub_node)
executor.add_node(sub_node)

# 在一个新线程中启动执行器，以避免阻塞Notebook
def spin_thread(executor):
    executor.spin()

spin_thread = threading.Thread(target=spin_thread, args=(executor,), daemon=True)
spin_thread.start()

# 提示信息
print("所有节点已启动。可以继续使用此Notebook，或创建新Cell进行其他操作。")
print("要停止所有节点，请重启内核（Kernel -> Restart Kernel）。")

停止节点：

python 复制代码

executor.shutdown()  # 停止执行器，不再处理节点的回调

清理节点：

python 复制代码

# 清理节点
pub_node.destroy_node()
sub_node.destroy_node()

关闭ros2上下文：

python 复制代码

rclpy.shutdown()

报错

问题：ros2和jupyter运行环境的Python版本不一致

shell 复制代码

ModuleNotFoundError: No module named 'rclpy._rclpy_pybind11'
The C extension '/opt/ros/humble/lib/python3.10/site-packages

分析：这个问题可以通过重新构建并指定jupyter运行的Python环境解决。这里ros2 humble要求python3.10，那么jupyter的python环境也应该为python3.10