【Ubuntu 20.04机器人操作系统部署】：ROS安装与配置快速指南

 # 1. Ubuntu 20.04机器人操作系统简介 ## 简介Ubuntu机器人操作系统 Ubuntu 20.04 LTS，作为一款广泛认可的机器人操作系统（Robot Operating System, ROS），提供了一个强大的平台，用于开发和部署各种机器人应用。Ubuntu 20.04支持最新的硬件，并通过其稳定性和安全性保证了机器人操作系统的可靠性。 ## ROS在Ubuntu中的角色 ROS是构建复杂机器人应用的首选框架。它以插件形式工作，允许开发者构建模块化系统，这使得ROS在学术界和工业界都非常受欢迎。Ubuntu 20.04以其对ROS的完美支持，成为开发者的首选平台。 ## 开发者在Ubuntu使用ROS的优势 开发者选择Ubuntu 20.04作为ROS开发环境的一个重要原因在于它的用户友好性和社区支持。Ubuntu提供了大量的文档和资源，包括各种预先构建的软件包，使得在Ubuntu上安装ROS和相关工具链变得简单快捷。此外，Ubuntu与ROS的紧密集成，为开发者提供了与多种机器人硬件和设备的无缝交互体验。 在下一章节中，我们将深入探讨Ubuntu系统的安装流程以及如何准备一个适合ROS开发的环境。 # 2. Ubuntu系统安装与ROS环境准备 ### 2.1 安装Ubuntu 20.04 LTS桌面版 在安装ROS之前，用户需要先在计算机上安装Ubuntu 20.04 LTS桌面版操作系统。Ubuntu是一种基于Debian的开源Linux操作系统，LTS代表长期支持版本，意味着用户可以获得至少5年的官方更新和安全维护。安装过程大体如下： 1. **下载Ubuntu 20.04 ISO镜像文件**：访问Ubuntu官方网站，下载适合你的计算机架构（32位或64位）的桌面版ISO文件。 2. **创建启动盘**：将下载的ISO文件写入USB驱动器，可以使用工具如Rufus或Etcher。 3. **安装启动盘**：在计算机启动时，进入BIOS或启动菜单，选择USB驱动器作为启动设备。 4. **开始安装**：计算机通过USB启动后，选择“安装Ubuntu”选项，并按照安装向导的指示操作。 在安装向导中，用户可以定制系统配置，如分区设置和时区。完成这些步骤后，系统将开始安装过程。安装完毕后，重启计算机，Ubuntu 20.04 LTS桌面版操作系统即可使用。 ### 2.2 Ubuntu系统基础配置 安装完Ubuntu系统后，需要进行一些基本的配置来确保系统运行良好，并为安装ROS做好准备。以下是需要执行的一些基础配置： 1. **更新系统软件包**：打开终端（Terminal），执行以下命令以更新系统到最新状态： ```bash sudo apt update sudo apt upgrade ``` 这个过程可能需要一些时间，取决于系统安装了多少包以及是否有重要的包更新。 2. **安装必要的软件包**：确保系统安装了所有需要的工具和库，这包括编译器、文本编辑器和一些基本的命令行工具。例如： ```bash sudo apt install build-essential sudo apt install vim sudo apt install python3-pip ``` 3. **配置网络**：确保你的Ubuntu系统可以正常连接到互联网。如果需要，设置静态IP地址或者配置无线网络。 4. **安装额外的驱动程序**：如果需要，安装专有驱动程序，比如显卡驱动或者无线网卡驱动，这些驱动通常不会被默认包含在Ubuntu仓库中。 ### 2.3 安装和配置ROS开发环境 在Ubuntu系统中安装ROS环境是开发机器人应用的前提。ROS（Robot Operating System）是一套用于机器人软件开发的工具、库和约定，它提供了一种在多计算机之间共享代码和数据的方式。 #### 2.3.1 选择合适的ROS版本 ROS提供多个版本，每个版本都有特定的生命周期和支持周期。在选择ROS版本时，需要考虑到它与Ubuntu版本的兼容性，以及个人项目需求。例如，Ubuntu 20.04 LTS与ROS Noetic Ninjemys版本兼容。安装时可以参考官方文档或社区推荐。 #### 2.3.2 配置ROS环境变量 安装完ROS之后，需要将ROS的环境变量添加到你的shell配置文件中，以便在每次终端会话中都能访问ROS命令。打开或创建`~/.bashrc`文件，并添加如下行： ```bash source /opt/ros/noetic/setup.bash ``` 这里的`/opt/ros/noetic`路径应对应你安装的ROS版本。更改后，使配置生效： ```bash source ~/.bashrc ``` 通过这种方式，用户可以确保每次开启新的终端时，系统都能够找到ROS的可执行文件和相关包。 # 3. ROS核心组件的安装与配置 ## 3.1 安装ROS核心包 安装ROS的核心包是实现ROS系统功能的基础。ROS核心包包含了系统运行所需的最核心的组件，如roscpp, rospy等，提供了消息发布和订阅、服务请求和响应等功能。以下是基于Ubuntu系统安装ROS核心包的步骤： ### 步骤1：添加ROS软件源 在终端中执行以下命令，添加ROS软件源： ```bash sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list' ``` ### 步骤2：添加密钥 添加密钥以验证软件包的来源： ```bash sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654 ``` ### 步骤3：更新软件包列表 更新软件包列表以确保可以获取到最新的ROS软件包： ```bash sudo apt-get update ``` ### 步骤4：安装ROS核心软件包 选择要安装的ROS版本，并执行安装命令： ```bash sudo apt-get install ros-noetic-desktop-full ``` 在上述命令中，“noetic”是ROS的代号，根据您的Ubuntu版本和需求，可能需要选择不同的代号。 ### 步骤5：初始化rosdep rosdep是一个工具，用于帮助安装系统依赖和进行一些初始化设置： ```bash sudo rosdep init rosdep update ``` ### 步骤6：环境配置 在每次打开新的终端时，确保ROS环境变量已经正确加载： ```bash echo "source /opt/ros/noetic/setup.bash" >> ~/.bashrc source ~/.bashrc ``` ### 步骤7：依赖安装 使用rosdep来安装roscore运行所需的系统依赖： ```bash sudo apt-get install python3-rosdep sudo rosdep fix-permissions rosdep update rosdep install --from-paths src --ignore-src -r -y ``` 经过以上步骤，ROS核心包已经安装完成，为后续ROS开发提供了基础。 ## 3.2 配置ROS Master和参数服务器 ROS Master作为消息通信的核心，管理和协调不同节点间的通信。参数服务器用于存储和检索跨多个节点的参数数据。配置这两个组件是任何ROS项目不可或缺的一步。 ### 3.2.1 启动ROS Master 启动ROS Master使用以下命令： ```bash roscore ``` 这个命令启动了ROS Master并开始监听网络请求。通常情况下，roscore命令会在一个新的终端窗口中运行，以便其他终端可以用来运行ROS节点。 ### 3.2.2 配置参数服务器 ROS参数服务器用于存储全局参数，可以在任何时候通过名字来访问。以下是如何在代码中使用参数服务器来设置和获取参数的简单示例： ```python #!/usr/bin/env python import rospy if __name__ == '__main__': # 初始化ROS节点 rospy.init_node('example_parameter_server', anonymous=True) # 设置参数 rospy.set_param('/example_parameter', 'hello') # 获取参数 value = rospy.get_param('/example_parameter') rospy.loginfo('The parameter value is: %s', value) ``` 在上述Python脚本中，我们初始化了一个名为`example_parameter_server`的节点，并设置了一个参数`example_parameter`。然后我们获取这个参数的值，并通过日志输出。 ### 3.2.3 ROS参数服务器高级用法 参数服务器支持不同数据类型的参数，包括整型、浮点型、布尔型、字符串等，并且支持参数的监听，即当参数值发生变化时，可以触发回调函数。在需要根据外部条件动态调整参数值的场景下，这个功能非常有用。 ## 3.3 工作空间的创建与管理 ROS工作空间是组织和编译ROS软件包的地方。理解工作空间的概念及其管理方法，对于有效地开发和维护ROS项目至关重要。 ### 3.3.1 创建ROS工作空间 要创建一个新的工作空间，需要进行如下操作： ```bash mkdir -p ~ ```