用ROS2Lyrical实验报告册思路重做蓝桥云课ROS1实验并改进

https://blog.csdn.net/ZhangRelay/article/details/166834164

《ROS机器人程序设计》实验报告（ROS1 Kinetic & ROS2 Lyrical 深化对比版）

专业： 机器人工程

学号： $自填$

姓名： $自填$

实验地点： 百工楼201 / 蓝桥云课

实验环境： Ubuntu + ROS1 Kinetic（截图环境） / ROS2 Lyrical（文档环境）

实验日期： 2026年10月5日（根据截图系统时间）

实验项目与内容一览表

序号	实验项目名称	内容提要	实验类型	实验要求
1	实验一、ROS1/ROS2入门	机器人操作系统安装、虚拟机、Docker、嵌入式系统	验证性	必修
2	实验二、ROS1/ROS2架构及概念	文件系统级、计算图级、社区级、创建功能包并实现功能	验证性	必修
3	实验三、可视化和调试工具	调试节点、日志、检测系统状态、动态参数、rqt、可视化	验证性	必修
4	实验四、3D建模与仿真	自定义3D模型，创建URDF文件、xacro文件、仿真	验证性	必修
5	实验五、导航功能	创建变换、发布传感器消息、代价地图、RViz配置、AMCL	验证型	必修
6	实验六、使用MoveIt!	机械臂、体系结构、简单运动规划、抓取放置任务	验证型	必修
7	实验七、ROS1/ROS2外设使用	游戏手柄、鼠标遥控、RGBD传感器、OpenCV、点云库	验证型	必修

实验一：ROS1/ROS2 $Kinetic/Lyrica II$ 入门

设计要求： 机器人操作系统安装、虚拟机、Docker、嵌入式系统。

实验时间与截图时间戳说明

截图顶部系统时间：Oct 5 10:10 ~ 10:16。
终端标签页时间： $2:06:43$ ~ $2:07:06$ （表示终端运行时长）。
实验操作集中在ROS1 Kinetic环境，使用阿里云镜像源查询软件包信息。

实验记录（70分）

1. 查询系统软件包信息

执行命令：

bash 复制代码

apt show ros-kinetic-desktop

输出关键信息：

Version： 1.3.2-0xenial-20210503-171953-0800
Priority： extra
Section： misc
Maintainer： Mikael Arguedas <mikael@osrfoundation.org>
Installed-Size： 13.3 kB
Depends： ros-kinetic-angles, ros-kinetic-common-tutorials, ros-kinetic-geometry-tutorials, ros-kinetic-robot, ros-kinetic-ros-tutorials, ros-kinetic-roslaunch, ros-kinetic-visualization-tutorials, ros-kinetic-viz
Download-Size： 1,778 B
APT-Manual-Installed： no
APT-Sources： https://mirrors.aliyun.com/ros/ubuntu xenial/main amd64 Packages
Description： A metapackage to aggregate several packages.

2. 环境变量自动加载

bash 复制代码

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

这样每次打开终端都会自动加载ROS1环境。

3. ROS2 Lyrical对应操作

在ROS2 Lyrical中，查询命令为：

bash 复制代码

sudo apt install ros-lyrical-desktop-full

输出显示："ros-lyrical-desktop-full 已经是最新版（0.13.0-3resolute.20260817.181219）"。系统软件为2026年8月17日发布。同样需要配置：

bash 复制代码

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

思考题（30分）

问题： 有4个软件包可以升级，但执行 apt list --upgradeable 时提示无法下载，报错 https://packages.osrfoundation.org/gazebo/ubuntu-stable/dists/te/InRelease 暂时不能解析域名，原因是什么？

解答：

这是网络连接问题 ，不是ROS1/ROS2安装损坏。只是软件源访问不了，域名解析警告不影响 rosrun、roslaunch 等基础开发功能。ROS本体已经安装好了，只是无法升级这4个包。可以先正常使用ROS2，待网络恢复后再执行升级。

ROS1与ROS2深度对比

对比项	ROS1 Kinetic	ROS2 Lyrical
系统依赖	Ubuntu 16.04 Xenial，强绑定	Ubuntu Resolute，支持现代系统
构建系统	`catkin_make` / `catkin build`	`colcon build`
环境配置	`source /opt/ros/kinetic/setup.bash`	`source /opt/ros/lyrical/setup.bash`
包管理	`apt show ros-kinetic-desktop`	`apt show ros-lyrical-desktop-full`
版本格式	`1.3.2-0xenial-...`	`0.13.0-3resolute...`

实验二：ROS1/ROS2 $Kinetic/Lyrica II$ 架构及概念

内容： 机器人操作系统文件系统级、计算图级、社区级、创建功能包并实现功能等。

实验时间与截图时间戳说明

截图2：系统时间 Oct 5 10:16 ，终端标签 $2:16:46$ ，TurtleSim窗口标题 TurtleSim。

截图10：系统时间 Oct 5 11:25 ，终端标签 $3:25$ ，运行自定义节点 ./butterflypro。
实验二涵盖两个典型操作：官方五边形绘制和自定义蝴蝶曲线绘制。

实验记录（70分）

1. 运行Turtlesim并绘制五边形

启动节点：

bash 复制代码

rosrun turtlesim turtlesim_node

使用动作服务器：

bash 复制代码

rosrun turtlesim turtle_actiolib_shape_server

客户端发送目标指令后，小乌龟在蓝底画布上精准绘制出白色五边形 （截图2）。

控制话题：/turtle1/cmd_vel，消息类型：geometry_msgs/Twist。

linear.x：前进速度
angular.z：偏航旋转速度（正值左转，负值右转）

2. 自定义节点绘制蝴蝶图案

根据截图10，运行自定义编写的可执行文件：

bash 复制代码

./butterflypro

终端提示：

复制代码

当前速度：100
输入新速度(1.0-200.0，回车生效，输入0保持当前值)：

输入 100 后，小乌龟在画布上绘制出复杂的蝴蝶曲线 。这验证了ROS1计算图级中节点与话题的松耦合特性：自定义节点发布 /turtle1/cmd_vel，turtlesim_node 订阅并执行。

3. 常用修改

画圆形 ：修改 linear.x 和 angular.z，保持比值恒定。
修改正方形边长 ：调整 move_straight 的第二个参数（持续时间）。
画三角形：把循环次数改成3，旋转角度改为120度。

思考题（30分）

问题： 键盘遥控小乌龟实验中，为什么按方向键乌龟不动？

解答：

光标焦点问题 ：必须选中 turtle_teleop_key 所在的终端窗口，点击海龟窗口无效。
环境变量问题 ：检查是否执行 source /opt/ros/kinetic/setup.bash。
网络/源报错 ：不影响，turtlesim 已经安装好了。

原理： turtle_teleop_key 读取键盘按键，持续往 /turtle1/cmd_vel 发布 Twist 速度消息；turtlesim_node 订阅该话题，驱动海龟移动。

ROS1与ROS2深度对比

对比项	ROS1 Kinetic	ROS2 Lyrical
节点运行	`rosrun turtlesim turtlesim_node`	`ros2 run turtlesim turtlesim_node`
消息类型	`geometry_msgs/Twist`	`geometry_msgs/msg/Twist`
通信底层	中心化 `roscore` + TCP/IP	去中心化 DDS
动作机制	`actionlib`	原生Action，生命周期节点
话题发布	`rostopic pub`	`ros2 topic pub`

实验三：可视化和调试工具

内容： 调试节点、日志消息、检测系统状态、设置动态参数、可视化节点诊断、绘制标量数据图、图像可视化、3D可视化、保存与回放数据、插件。

实验时间与截图时间戳说明

截图3：系统时间 Oct 5 10:22 ，终端标签 $2:16:46$ 附近，键盘遥控终端。

截图4：系统时间 Oct 5 10:25 ，rqt Console显示消息时间 02:24:54.780227298 (2026-10-05) ，节点 /turtlesim，严重级别 Warn。
截图5：系统时间 Oct 5 10:30 ，终端标签 $2:30$ ，rqt Service Caller调用 /turtle1/set_pen。
时间戳格式说明：ROS1终端显示自1970年1月1日以来的秒和纳秒累计计数（如 1785187166.894860150），对应北京时间 UTC+8：2026-07-28（文档示例）；截图4中rqt显示的是格式化后的本地时间。

实验记录（70分）

1. 键盘遥控小乌龟

运行：

bash 复制代码

rosrun turtlesim turtle_teleop_key

终端显示：

复制代码

Reading from keyboard
---------------------------
Use arrow keys to move the turtle.
Use g|b|v|c|d|e|r|t keys to rotate to absolute orientations. 'f' to cancel a rotation.
'q' to quit.

重要坑点： 光标必须聚焦在 turtle_teleop_key 终端内，按键才生效。

2. rqt图形化调试与日志分析

打开 rqt，切换到 Console 插件。控制小乌龟撞墙后，捕获到日志：

节点： /turtlesim
时间： 02:24:54.780227298 (2026-10-05)
严重级别： Warn
消息： Oh no! I hit the wall! (Clamping from x=6.080470, y=0.028881)
位置： /tmp/binarydeb/ros-kinetic-turtlesim-0.7.1/src/turtle.cpp:Turtle::update:162

这说明ROS1日志系统能精确定位到源码文件和行号，便于调试。

3. 动态参数重配与服务调用

在 rqt 的 Service Caller 插件中，调用 /turtle1/set_pen 服务（类型 turtlesim/SetPen）：

r = 0
g = 240
b = 0（绿色）
width = 8（画笔粗细）
off = 0（开启画笔，若为1则抬笔）

点击 Call 后，左侧画布中小乌龟绘制出粗绿色轨迹（截图5）。这展示了ROS基于服务的通信模型：客户端发送请求，服务端修改画笔参数，实现实时控制。

思考题（30分）

问题： 如何修改机器人轨迹色彩，例如轨迹曲线为黄色？

解答：

使用 rqt 的 Service Caller 调用 /turtle1/set_pen 服务，设置：

r = 200，g = 200，b = 0 → 黄色
width = 8，off = 0
点击 Call 后，海龟移动时即按新参数绘制黄色轨迹。
核心原理： ROS服务通信模型，turtlesim_node 提供 /turtle1/set_pen 服务，rqt 作为客户端发送请求，服务端接收后修改画笔参数。

ROS1与ROS2深度对比

对比项	ROS1 Kinetic	ROS2 Lyrical
命令行工具	`rostopic`, `rosservice`	`ros2 topic`, `ros2 service`
动态参数	`rqt_reconfigure` / `dynamic_reconfigure`	`ros2 param`，支持参数回调
日志系统	`rqt_console`，文件行号定位	`ros2 run` 统一日志，支持时间同步
时间戳	自1970年秒+纳秒计数	标准化 `builtin_interfaces/Time`
rqt兼容	大部分插件可用	部分插件需适配ROS2

实验四：3D建模与仿真

内容： 自定义机器人3D模型，创建一个URDF文件、xacro文件、ROS1/ROS2仿真。

实验时间与截图时间戳说明

截图6：系统时间 Oct 5 10:45 ，终端标签 $2:45$ 。
RViz窗口标题：urdf.rviz* - RViz。
底部时间栏显示：
- ROS Time: 791168324.89
- ROS Elapsed: 65.48
- Wall Time: 791168324.92
- Wall Elapsed: 65.45
joint_state_publisher 窗口显示关节滑块数值。

实验记录（70分）

1. URDF模型加载与关节控制

在RViz中加载移动机器人模型：

RobotModel ：加载模型，数据来自 /robot_description 话题。
Alpha = 0.5：设置模型半透明度，0完全透明，1不透明。
TF：勾选后显示各连杆坐标系（红X、绿Y、蓝Z）。

运行 joint_state_publisher，弹出GUI界面，拖动滑块可实时改变关节角度：

left_front_wheel_joint：2.41
left_back_wheel_joint：2.83
gripper_extension：0.00
left_gripper_joint：0.48
right_gripper_joint：0.43
head_swivel：1.58

按钮：Randomize（随机化）、Center（归中）。

2. 原理

URDF：机器人统一描述文件，定义连杆、关节、几何外形。
robot_state_publisher ：将URDF发布到 /robot_description 话题。
joint_state_publisher：发布关节状态。
RViz：订阅话题，渲染模型和TF坐标系。

启动命令：

bash 复制代码

ros2 launch urdf_tutorial display.launch.py model:=<你的urdf文件>

思考题（30分）

问题1： URDF和Xacro调整模型颜色有什么区别？

解答：

URDF：XML格式，代码量庞大，扩展外部结构时维护极不方便。
Xacro：支持宏定义、条件语句和数学运算，能大幅减少代码量，特别适合调整模型颜色和复杂逻辑操作。

问题2： ROS机器人进行三维仿真，可视化和仿真的工具是哪些？

解答：

三维机器人模型：URDF（Unified Robot Description Format），XML格式，描述关节、传感器、链接和碰撞体。
可视化工具：RViz，ROS内置3D可视化工具，显示机器人模型、传感器数据、路径规划信息。
仿真工具 ：
1. Gazebo：强大的物理仿真器，提供ROS接口。
2. Webots：支持多种编程语言，可与ROS集成。
3. CoppeliaSim：V-REP升级版，提供运动规划和控制功能。

ROS1与ROS2深度对比

对比项	ROS1 Kinetic	ROS2 Lyrical
Launch文件	XML `.launch`	Python `.launch.py`
启动命令	`roslaunch urdf_tutorial display.launch`	`ros2 launch urdf_tutorial display.launch.py`
URDF/Xacro	通用	通用
仿真工具	Gazebo, V-REP	Gazebo, Webots, CoppeliaSim
时间同步	较弱	强，支持 `/clock`

实验五：导航功能

内容： 创建变换、发布传感器消息、里程数据信息、创建基础控制器、创建地图、机器人配置、全局和局部代价地图、RViz详细配置、自适应蒙特卡洛定位、避障、目标发送。

实验时间与截图时间戳说明

截图7：系统时间 Oct 5 10:49 ，终端标签 $2:49$ 。
RViz窗口标题：rviz_navigation.rviz* - RViz。
底部时间栏：
- ROS Time: 96.00
- ROS Elapsed: 95.60
- Wall Time: 791168599.44
- Wall Elapsed: 95.89
地图为黑白栅格，代价地图彩色，全局路径绿色。

实验记录（70分）

1. 启动导航仿真环境

启动命令：

bash 复制代码

ros2 launch nav2_bringup tb3_simulation_launch.py

一键启动：

Gazebo物理仿真器，加载TurtleBot3机器人与仿真场景。
Nav2导航栈（定位、全局规划、局部规划、代价地图等所有导航节点）。
自动打开RViz，加载导航预设配置。

2. RViz导航可视化界面

Fixed Frame ：map。
黑白栅格地图：机器人SLAM建好的环境地图，黑色=障碍物，白色=可通行区域。
彩色区域（代价地图） ：
- 红色/紫色：障碍物膨胀区，机器人禁止驶入。
- 浅蓝：安全缓冲区域。
绿色线条：全局规划路径，Nav2全局规划器搜索得到的最优路径。
顶部工具栏 ：2D Pose Estimate（初始位姿估计）、2D Nav Goal（目标点发送）。
左侧Navigation2面板：显示导航、定位状态（active代表正常运行）。

3. 整体工作流程

Gazebo仿真：TurtleBot3移动，激光雷达+里程计输出传感器数据。
AMCL定位：利用激光匹配已有地图，实时估算机器人位置姿态。
Nav2导航栈 ：
- 全局规划：根据地图规划全局路径（RViz绿色线）。
- 局部规划：根据实时激光数据，躲避动态障碍物，输出速度指令。
RViz：可视化地图、代价地图、规划路径、机器人模型，提供交互按钮。

4. 操作简要步骤

执行启动命令，Gazebo和RViz同时弹出。
RViz使用 2D Pose Estimate 点击地图，给出机器人初始位置。
使用 2D Nav Goal 在地图上点击目标位置。
Nav2自动生成绿色全局路径，机器人在Gazebo环境中自主沿路径移动，躲避障碍物。

思考题（30分）

问题： 如何优化导航效果，例如提升导航中机器人的行驶速度？

解答：

环境：ROS2 + Nav2 + TurtleBot3 Gazebo仿真。

提速不能只改一个参数，速度上限、加速度、代价地图、规划器参数需要配套修改，否则容易撞障碍物、抖动、导航失败。

修改 nav2_params.yaml：

增大 max_vel_x 最大前进线速度，同步调高 acc_lim_x 加速度。
提高PurePursuit控制器 lookahead_dist 预瞄距离，避免高速路径抖动。
适当减小局部代价地图 inflation_radius 障碍物膨胀半径，减少远距离减速。
优化AMCL定位参数，保证高速下定位稳定。

调试要点： 参数逐步上调，速度越高碰撞风险越大；若出现振荡、丢定位，降低速度或增大安全膨胀半径。

其他优化：开启路径平滑，合理设置目标到达容差，选用高质量地图。

ROS1与ROS2深度对比

对比项	ROS1 Kinetic	ROS2 Lyrical
导航框架	`move_base`	Nav2
核心机制	插件机制	行为树 + 生命周期节点
参数配置	`move_base` YAML	按节点细分YAML
定位算法	AMCL	AMCL（封装更标准）
启动命令	`roslaunch`	`ros2 launch`
实时性	较弱	DDS支持，更强

实验六：使用MoveIt!

内容： 机械臂、体系结构、简单运动规划、抓取放置任务。

实验时间与截图时间戳说明

截图8：系统时间 Oct 5 10:56 ，终端标签 $2:56$ ，RViz窗口 moveit.rviz* - RViz。
截图9：系统时间 Oct 5 10:57 ，终端标签 $2:57$ 。
终端日志时间戳：
- [1791169018.802540588]: RRTConnect: Created 5 states (2 start + 3 goal)
- [1791169018.802671331]: RRTConnect: Starting planning with 1 states already in datastructure
- [1791169018.802763589]: RRTConnect: Created 4 states (2 start + 2 goal)
- [1791169018.802845843]: ParallelPlan::solve(): Solution found by one or more threads in 0.000582 seconds
- [1791169018.803843805]: SimpleSetup: Path simplification took 0.000530 seconds and changed from 3 to 2 states

实验记录（70分）

1. MoveIt2运动规划配置

在RViz中加载Panda机械臂模型，左侧 MotionPlanning 面板：

Planning Group ：panda_arm（7个关节）。
Planning Time(s)：5.0秒。
Planning Attempts：10次。
Velocity Scaling：0.10（机械臂只能运行最大速度的10%）。
Accel Scaling：0.10。

2. 规划与执行

终端显示 RRTConnect 规划器创建状态，ParallelPlan::solve() 在 0.000582秒 内找到解，路径简化耗时 0.000530秒 ，从3个状态变为2个状态。

操作流程：

拖拽机械臂末端设置目标位姿（橙色模型）。
设置规划组 panda_arm，调整规划时间、速度缩放。
点击 Plan：MoveIt求解轨迹，RViz预览。
点击 Execute：机械臂沿规划轨迹运动；也可直接 Plan & Execute。
Stop：停止机械臂运动。
Clear octomap：清除八叉树障碍物地图。

3. 选项

Use Cartesian Path：笛卡尔路径规划，控制末端沿直线运动（默认关节空间规划）。
Collision-aware IK：带碰撞检测的逆运动学求解。

4. 原理

MoveIt2：ROS2机器人运动规划框架，负责逆运动学求解、碰撞检测、轨迹规划。
流程：设置起始位姿与目标位姿 → MoveIt规划器在关节空间搜索无碰撞轨迹 → RViz预览 → 执行轨迹。
Panda：7自由度机械臂，冗余自由度，同一末端位姿下存在多种关节姿态。

思考题（30分）

问题： 如何结合实验5导航Nav2和实验6移动抓取MoveIt，设计移动抓取任务？

解答：

任务目标： 复合机器人（移动底盘+机械臂）自主完成：导航到抓取台 → 抓取方块 → 导航到放置台 → 释放方块。

系统组成：

Gazebo：物理仿真环境，机器人、工作台、待抓取方块。
Nav2：底盘定位、路径规划、自主导航避障。
MoveIt2：机械臂逆解、无碰撞轨迹规划、夹爪控制。
ROS2状态机：任务调度，实现导航与机械臂动作互斥（底盘移动时机械臂锁定；机械臂作业时底盘静止）。
TF2：坐标系转换，完成全局地图坐标与机械臂基座坐标转换。

任务流程：

系统启动，加载仿真环境、Nav2、MoveIt2，机器人处于初始安全位姿。
调用Nav2，发送抓取工作台目标点，机器人自主导航、避障行驶至抓取台，到达后底盘锁止。
调度节点启动MoveIt2：机械臂运动至物体上方，下降，夹爪闭合抓取方块，抬升物体。
抓取完成，再次调用Nav2，导航至放置工作台，底盘停止。
MoveIt2规划轨迹，机械臂下放方块，夹爪打开，机械臂退回安全姿态。
任务结束。

关键优化要点：

动作互锁：使用状态机保证导航和机械臂不会同时动作，防止碰撞。
坐标校准 ：依靠TF2转换方块在 map 坐标系和机械臂 base_link 坐标系的位姿。抓取物体后，将方块绑定在机械臂末端，更新MoveIt规划场景，避免碰撞误检。
参数优化：Nav2合理设置到达容差，保证停靠位置精度；适当降低停靠速度。MoveIt2调整速度、加速度缩放系数；预留充足规划时间。
容错设计：导航失败/机械臂规划失败时，停止任务并报警。

实验预期结果： 机器人能够自主避开障碍物，导航到达目标工作台；机械臂规划无碰撞轨迹，稳定抓取方块；携带物体导航至放置点，完成物体放置，全程无碰撞。

ROS1与ROS2深度对比

对比项	ROS1 Kinetic	ROS2 Lyrical
框架名称	MoveIt! (`moveit_ros`)	MoveIt2
配置方式	Setup Assistant生成大量配置	Python脚本 + launch文件
与导航结合	较松散	与Nav2紧密集成
实时控制	一般	DDS支持，多线程规划执行
规划器	OMPL, RRTConnect	OMPL, RRTConnect等，支持并行

实验七：ROS1/ROS2外设使用

内容： 使用游戏手柄、使用RGBD传感器、摄像头驱动、与OpenCV库、标定摄像头、视觉里程计、点云库、可视化点云、滤波和缩减采样、配准与匹配、点云分区。

实验时间与截图时间戳说明

截图10（鼠标遥控）：系统时间 Oct 5 11:08 ，终端标签 $3:08$ 。
- Mouse Teleop窗口显示：v = 0.35 m/s，w = 19.25 deg/s。
- rqt_graph显示计算图：/mouse_teleop → /turtle1/cmd_vel → /turtlesim。
截图11（蝴蝶绘制）：系统时间 Oct 5 11:25 ，终端标签 $3:25$ 。
- 终端提示："当前速度：100，输入新速度(1.0-200.0，回车生效，输入0保持当前值)："。
文档中手柄实验时间戳：[INFO] [1785188131.610344171] [joy_node]: Opened joystick: GreenAsia Inc. USB Joystick. deadzone: 0.0500。

实验记录（70分）

1. 鼠标遥控（teleop_tools）

运行：

bash 复制代码

ros2 run mouse_teleop mouse_teleop

mouse_teleop节点读取鼠标位置，直接输出Twist速度指令。
通过rqt_graph看到：/mouse_teleop发布/turtle1/cmd_vel，/turtlesim订阅该话题。
界面显示线速度v=0.35 m/s，角速度w=19.25 deg/s。
小乌龟在屏幕上画出折线轨迹，验证遥控指令有效。

2. 游戏手柄遥控

运行：

bash 复制代码

ros2 run joy joy_node

输出：

复制代码

[INFO] [1785188131.610344171] [joy_node]: Opened joystick: GreenAsia Inc. USB Joystick. deadzone: 0.0500

所有数据都被加上时间标签：

sec: 1785190276
nanosec: 845294638
frame_id: joy

原理：

joy_node读取手柄硬件，持续发布/joy话题（摇杆axes、按键buttons）。
自定义节点订阅/joy，把摇杆偏移量转换成小乌龟的线速度、角速度，发布/turtle1/cmd_vel，驱动小乌龟移动。

3. 用到软件库

joy ：ROS2官方手柄驱动包，读取手柄按键、摇杆数据，发布/joy话题。
turtlesim：小乌龟仿真包。
rclpy：ROS2 Python客户端库，编写手柄消息订阅+速度指令发布的转换节点。
teleop_tools（mouse_teleop） ：ROS2官方遥控工具集，mouse_teleop节点读取鼠标位置，输出Twist速度指令。

思考题（30分）

问题： 使用游戏手柄控制Turtlesim小乌龟。

解答：

使用joy软件包读取游戏手柄输入，joy_node节点采集摇杆与按键信息并发布/joy话题；自定义ROS2节点订阅手柄话题，将摇杆信号转换为速度指令cmd_vel，发送给turtlesim，从而实现游戏手柄遥控小乌龟运动。

用到软件库：

joy ：ROS2官方手柄驱动包，读取游戏手柄按键、摇杆数据，发布/joy话题（截图里运行的joy_node）。
turtlesim：小乌龟仿真包。
rclpy：ROS2 Python客户端库，用来编写手柄消息订阅+速度指令发布的转换节点。

原理：

joy_node读取手柄硬件，持续发布/joy话题（摇杆axes、按键buttons）；自定义节点订阅/joy，把摇杆的偏移量转换成小乌龟的线速度、角速度，发布/turtle1/cmd_vel，驱动小乌龟移动。

ROS1与ROS2深度对比

对比项	ROS1 Kinetic	ROS2 Lyrical
手柄驱动	`joy`	`joy`（API基本一致）
鼠标遥控	`teleop_tools`	`teleop_tools`
时间戳	自1970年秒+纳秒	标准化`builtin_interfaces/Time`
多传感器同步	较弱	强，支持`rosbag2`时序录制回放
图像/点云	`cv_bridge`, `pcl_ros`	`cv_bridge`, `pcl_conversions`，零拷贝传输
数据录制	`rosbag`	`rosbag2`

实验总结

本次实验基于ROS1 Kinetic环境完成了从基础入门、架构理解、调试工具、3D建模、导航、MoveIt到外设接入的全流程操作。通过对比发现：

通信机制 ：ROS1依赖中心化roscore和TCP/IP；ROS2采用去中心化DDS，实时性、容错性、多机协同能力更强。
构建系统 ：ROS1使用catkin；ROS2全面转向colcon，支持Python/C++混合编译。
导航栈 ：ROS1使用move_base；ROS2升级为Nav2，引入行为树和生命周期节点，参数配置更清晰。
MoveIt ：ROS1使用MoveIt!；ROS2升级为MoveIt2，与Nav2集成更紧密，支持实时控制。
调试工具 ：ROS1依赖rostopic、rosservice、rqt；ROS2升级为ros2 topic、ros2 service、ros2 param，并新增ros2 doctor。
时间戳与同步 ：ROS2对每条消息附加标准化时间标签，强调多传感器时间对齐，支持rosbag2时序录制回放，保证感知、控制逻辑的时间一致性。
实验时间记录 ：截图中的系统时间（Oct 5 10:10 ~ 11:25）、终端标签时间（ $2:06:43$ ~ $3:25$ ）、ROS时间戳（如02:24:54.780227298、1791169018.802540588）完整反映了实验操作时序，也体现了ROS时间与系统时间的对应关系。

ROS2在现代化重构后，更适合多机协同、实时控制和工业级部署，是未来机器人开发的主流方向。

用ROS2Lyrical实验报告册思路重做蓝桥云课ROS1实验并改进

《ROS机器人程序设计》实验报告（ROS1 Kinetic & ROS2 Lyrical 深化对比版）

实验项目与内容一览表

实验一：ROS1/ROS2Kinetic/Lyrica II入门

实验时间与截图时间戳说明

实验记录（70分）

1. 查询系统软件包信息

2. 环境变量自动加载

3. ROS2 Lyrical对应操作

思考题（30分）

ROS1与ROS2深度对比

实验二：ROS1/ROS2Kinetic/Lyrica II架构及概念

实验时间与截图时间戳说明

实验记录（70分）

1. 运行Turtlesim并绘制五边形

2. 自定义节点绘制蝴蝶图案

3. 常用修改

思考题（30分）

ROS1与ROS2深度对比

实验三：可视化和调试工具

实验时间与截图时间戳说明

实验记录（70分）

1. 键盘遥控小乌龟

2. rqt图形化调试与日志分析

3. 动态参数重配与服务调用

思考题（30分）

ROS1与ROS2深度对比

实验四：3D建模与仿真

实验时间与截图时间戳说明

实验记录（70分）

1. URDF模型加载与关节控制

2. 原理

思考题（30分）

ROS1与ROS2深度对比

实验五：导航功能

实验时间与截图时间戳说明

实验记录（70分）

1. 启动导航仿真环境

2. RViz导航可视化界面

3. 整体工作流程

4. 操作简要步骤

思考题（30分）

ROS1与ROS2深度对比

实验六：使用MoveIt!

实验时间与截图时间戳说明

实验记录（70分）

1. MoveIt2运动规划配置

2. 规划与执行

3. 选项

4. 原理

思考题（30分）

ROS1与ROS2深度对比

实验七：ROS1/ROS2外设使用

实验时间与截图时间戳说明

实验记录（70分）

1. 鼠标遥控（teleop_tools）

2. 游戏手柄遥控

3. 用到软件库

思考题（30分）

ROS1与ROS2深度对比

实验总结

实验一：ROS1/ROS2 $Kinetic/Lyrica II$ 入门

实验二：ROS1/ROS2 $Kinetic/Lyrica II$ 架构及概念