ROS安裝教程詳解

一、ROS的簡介

Robot Operating System（ROS）是一個開源軟件平台，提供了編寫機器人軟件所需的許多工具和庫。ROS最初是由斯坦福人工智能實驗室開發的，隨後由OSRF（Open Source Robotics Foundation）負責維護。

ROS被廣泛應用於機器人領域，包括機器人操作系統、機器人視覺、機器學習等。ROS通過使用節點（nodes）的方式來實現模塊化，各個節點可以相互通信，實現複雜智能機器人的開發。

二、ROS的安裝

1. Ubuntu操作系統的安裝

ROS最初是為Ubuntu操作系統開發的，因此需要先在計算機上安裝Ubuntu系統。

Ubuntu系統的安裝方法可以通過官方網站https://ubuntu.com/download/desktop下載ISO文件，並通過製作啟動盤的方式來安裝。

2. ROS的安裝

2.1 添加ROS軟件庫到計算機中

在終端內輸入以下命令：

sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" \> /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'

該命令會添加ROS官方軟件庫到計算機中。

2.2 添加ROS公鑰

在終端內輸入以下命令：

sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654

該命令會添加ROS的公鑰到計算機中。

2.3 安裝ROS

在終端內輸入以下命令：

sudo apt-get update
sudo apt-get install ros-melodic-desktop-full

該命令會更新計算機的軟件庫，並安裝ROS的完整桌面版。在上面的命令中，”melodic”表示ROS的版本號，可以根據需要替換為其他版本號。

2.4 初始化ROS工作區

在終端內輸入以下命令：

source /opt/ros/melodic/setup.bash
mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd ~/catkin_ws/
catkin_make

該命令會初始化ROS工作區，在當前用戶的home目錄下創建一個名為catkin_ws的工作區目錄，並在其中創建一個名為src的源代碼目錄，並通過catkin_make初始化工作區。在上面的命令中，”melodic”表示ROS的版本號，可以根據需要替換為其他版本號。

2.5 配置ROS環境變量

在終端內輸入以下命令：

echo "source ~/catkin_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

該命令會將ROS的環境變量添加到bashrc文件中，以便在每次打開終端時自動加載環境變量。這樣，在使用ROS時就不需要手動添加環境變量了。

三、ROS的使用

1. ROS的啟動

在終端內輸入以下命令：

roscore

該命令會啟動ROS的核心節點core，並在終端中輸出相關信息。

2. ROS的節點

在ROS中，節點是最基本的單元，可以理解為程序中的一個進程。節點通過ROS的通信機制來相互通信，完成任務。

在終端內輸入以下命令：

rosrun turtlesim turtlesim_node

該命令會啟動turtlesim程序的節點。

3. ROS的話題

話題是ROS中最常用的通信方式。話題的數據結構為一個固定的消息格式，節點通過publish和subscribe兩種方式來發送和接受話題消息。

在終端內輸入以下命令，在turtlesim程序下讓海龜運動：

rostopic pub /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist "linear:
  x: 2.0
  y: 0.0
  z: 0.0
angular:
  x: 0.0
  y: 0.0
  z: 1.8" -r 1

該命令會向/turtle1/cmd_vel話題發布一條消息，讓海龜沿着x軸運動，並同時進行自轉。-r參數表示該消息每秒發送一次。

4. ROS的服務

服務是一個節點向另一個節點請求數據的通信方式。服務的請求和響應數據結構都是固定的消息格式。

在終端內輸入以下命令：

rosservice list

該命令會顯示當前正在運行的ROS服務列表。

5. ROS的包

ROS的包是將一些相關聯的節點、服務和話題組織在一起的方式。實現一個機器人應用可以通過ROS的包來完成。

在終端內輸入以下命令：

cd ~/catkin_ws/src
catkin_create_pkg my_package std_msgs rospy roscpp

該命令會在~/catkin_ws/src目錄下創建一個名為my_package的ROS包，並且使用std_msgs、rospy和roscpp這三個依賴項。

四、ROS的學習資源

ROS有豐富的學習資源可供參考，包括官方文檔、ROS Wiki、ROS Answers等。此外，還有眾多開源的ROS項目可供學習。

1. 官方文檔

ROS的官方文檔包含了ROS的基本概念、API文檔、ROS工具等內容。官方文檔網址為：http://wiki.ros.org/。

2. ROS Wiki

ROS Wiki包含了ROS相關的知識和教程，是學習ROS的良好平台。ROS Wiki網址為：http://wiki.ros.org/。

3. ROS Answers

ROS Answers是ROS社區所提供的Q&A平台，有許多專家和愛好者會在這裡解答ROS相關問題。ROS Answers網址為：https://answers.ros.org/。

4. ROS 機器人編程實踐

本書全面介紹了ROS的基礎知識和應用實例，並通過實戰項目來幫助讀者深入理解ROS的使用。該書是ROS學習的良好入門材料。

5. ROS項目網站

GitHub上有大量與ROS相關的開源項目，可以供學習參考。此外，還有ROS官方發布的各種模擬和仿真程序可供學習。

五、總結

ROS是一個強大的機器人操作系統，具有豐富的功能和工具，可以用於實現複雜的機器人應用。本文通過步驟詳細的講解，讓讀者能夠輕鬆地掌握ROS的安裝和使用方法，同時提供了豐富的學習資源供學習參考。