turtlebot3 Ubuntu 20.04 + ROS2 Foxy+Gazebo 11.15.1 环境下编译运行

由于turtlebot3官方没有找到ROS2 Foxy分支，因此修改源码使turtlebot3能在Ubuntu 20.04 + ROS2 Foxy+Gazebo 11.15.1 环境下编译运行。
为了避免大家再次采坑，特开源项目，项目地址为
https://download.csdn.net/download/ktigerhero3/92766623

TurtleBot3 ROS2 Foxy 编译修复总结

项目概述

本工程基于TurtleBot3官方源码，针对Ubuntu 20.04 + ROS2 Foxy环境进行了编译修复和功能增强。主要解决了ROS2 Foxy API变更导致的编译错误，并添加了新的仿真启动文件。

环境配置

• 操作系统: Ubuntu 20.04 LTS
• ROS2版本: Foxy Fitzroy
• Gazebo版本: 11.15.1
• 工作空间 : /home/qian/turtlebot3_ws_ros2

主要修改内容

1. 编译错误修复

问题分析

ROS2 Foxy中declare_parameter函数API变更，需要至少两个参数（参数名和默认值），而原始代码只提供了一个参数。

修复文件

(1) src/turtlebot3/turtlebot3_node/src/turtlebot3.cpp

// 修复前
this->declare_parameter<uint8_t>("opencr.id");
this->declare_parameter<int>("opencr.baud_rate");
this->declare_parameter<float>("opencr.protocol_version");
this->declare_parameter<std::string>("namespace");

// 修复后
this->declare_parameter<uint8_t>("opencr.id", 200);
this->declare_parameter<int>("opencr.baud_rate", 1000000);
this->declare_parameter<float>("opencr.protocol_version", 2.0f);
this->declare_parameter<std::string>("namespace", "");

(2) src/turtlebot3/turtlebot3_node/src/odometry.cpp

// 修复前
nh_->declare_parameter<std::string>("odometry.frame_id");
nh_->declare_parameter<std::string>("odometry.child_frame_id");
nh_->declare_parameter<std::string>("namespace");
nh_->declare_parameter<bool>("odometry.use_imu");
nh_->declare_parameter<bool>("odometry.publish_tf");

// 修复后
nh_->declare_parameter<std::string>("odometry.frame_id", "odom");
nh_->declare_parameter<std::string>("odometry.child_frame_id", "base_footprint");
nh_->declare_parameter<std::string>("namespace", "");
nh_->declare_parameter<bool>("odometry.use_imu", false);
nh_->declare_parameter<bool>("odometry.publish_tf", false);

修复的参数列表

参数类别	参数名	默认值	说明
OpenCR	opencr.id	200	OpenCR设备ID
OpenCR	opencr.baud_rate	1000000	波特率
OpenCR	opencr.protocol_version	2.0	协议版本
命名空间	namespace	""	节点命名空间
电机	motors.profile_acceleration_constant	214.577	加速度常数
电机	motors.profile_acceleration	0.0	加速度
轮子	wheels.separation	0.160	轮间距(m)
轮子	wheels.radius	0.033	轮半径(m)
传感器	sensors.bumper_1	0	前碰撞传感器
传感器	sensors.bumper_2	0	后碰撞传感器
传感器	sensors.illumination	0	光照传感器
传感器	sensors.ir	0	红外传感器
传感器	sensors.sonar	0	声纳传感器
里程计	odometry.frame_id	"odom"	坐标系ID
里程计	odometry.child_frame_id	"base_footprint"	子坐标系ID
里程计	odometry.use_imu	false	是否使用IMU
里程计	odometry.publish_tf	false	是否发布TF

2. 新增仿真启动文件

(1) spawn_turtlebot3_classic.launch.py

• 用途: 使用SDF 1.7版本模型文件生成机器人
• 特点 : 加载model_v1.7.sdf模型文件，支持更新的SDF格式
• 路径 : src/turtlebot3_simulations/turtlebot3_gazebo/launch/spawn_turtlebot3_classic.launch.py

(2) turtlebot3_classic_all.launch.py

• 用途: 一键启动Gazebo仿真环境并生成机器人
• 特点: 合并了两个终端的操作，简化启动流程
• 功能 :
  • 自动设置GAZEBO_MODEL_PATH环境变量
  • 自动设置TURTLEBOT3_MODEL环境变量
  • 启动Gazebo服务器（使用系统默认empty.world）
  • 生成TurtleBot3机器人模型
• 路径 : src/turtlebot3_simulations/turtlebot3_gazebo/launch/turtlebot3_empty_world_classic.launch.py

3. 模型文件分析

模型文件对比

文件	SDF版本	特点	状态
model-1_4.sdf	1.4	传统Gazebo ROS插件	原始文件
model_v1.7.sdf	1.7	更新的SDF格式，有材质定义	新增支持
model.sdf	1.7	与model_v1.7.sdf相同	原始文件

材质问题修复

model_v1.7.sdf中包含完整的材质定义，解决了机器人显示为灰色的问题：

<material>
  <ambient>0.3 0.3 0.3 1.0</ambient>
  <diffuse>0.3 0.3 0.3 1.0</diffuse>
</material>

编译验证

编译命令

cd /home/qian/turtlebot3_ws_ros2
source /opt/ros/foxy/setup.bash
colcon build

编译结果

• ✅ turtlebot3_node: 编译成功（修复后）
• ✅ turtlebot3_gazebo: 编译成功
• ✅ turtlebot3_msgs: 编译成功
• ✅ 所有包编译通过

测试运行

1. 完整仿真启动

# 设置环境
export TURTLEBOT3_MODEL=waffle

# 一键启动
cd /home/qian/turtlebot3_ws_ros2
source /opt/ros/foxy/setup.bash
source install/setup.bash
ros2 launch turtlebot3_gazebo turtlebot3_classic_all.launch.py

2. 使用SDF 1.7模型

# 使用新版模型文件
ros2 launch turtlebot3_gazebo spawn_turtlebot3_classic7.launch.py

3. 自定义参数启动

ros2 launch turtlebot3_gazebo turtlebot3_classic_all.launch.py \
  turtlebot3_model:=waffle \
  x_pose:=1.0 \
  y_pose:=2.0 \
  gui:=true \
  verbose:=true

解决的问题

1. 编译错误

• 问题 : declare_parameter函数调用缺少默认值参数
• 原因: ROS2 Foxy API变更
• 解决 : 为所有declare_parameter调用添加合理的默认值

2. 仿真启动复杂

• 问题: 需要两个终端分别启动Gazebo和生成机器人
• 解决 : 创建集成启动文件turtlebot3_classic_all.launch.py

3. 模型显示问题

• 问题: Gazebo中机器人显示为灰色
• 原因 : model-1_4.sdf缺少材质定义
• 解决 : 支持model_v1.7.sdf（包含完整材质定义）

文件结构修改

新增文件

src/turtlebot3_simulations/turtlebot3_gazebo/launch/
├── spawn_turtlebot3_classic7.launch.py    # SDF 1.7模型生成
└── turtlebot3_classic_all.launch.py       # 集成启动文件

修改文件

src/turtlebot3/turtlebot3_node/
├── src/turtlebot3.cpp                     # 修复参数声明
└── src/odometry.cpp                       # 修复参数声明

使用建议

开发环境

1. 确保ROS2 Foxy环境正确配置
2. 设置GAZEBO_MODEL_PATH环境变量
3. 使用colcon build进行编译

仿真测试

1. 优先使用turtlebot3_classic_all.launch.py进行集成测试
2. 根据需要选择机器人模型（waffle/burger/waffle_pi）
3. 使用model_v1.7.sdf以获得更好的视觉效果

问题排查

1. 编译错误：检查declare_parameter调用是否都有默认值
2. 仿真启动失败：检查Gazebo模型路径和环境变量
3. 机器人显示异常：尝试使用不同SDF版本的模型文件

总结

本工程成功解决了TurtleBot3在ROS2 Foxy环境下的编译问题，并增强了仿真功能。主要贡献包括：

1. 修复了ROS2 Foxy API变更导致的编译错误
2. 提供了更便捷的仿真启动方式
3. 支持了更新的SDF模型格式
4. 改善了Gazebo中的机器人视觉效果

所有修改都保持了向后兼容性，不影响原有功能的使用。