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ROS2 入门指南

ROS2 入门指南

本文是我学习 ROS2（Robot Operating System 2）的入门操作的笔记与总结。

1. ROS2 简介以及与 ROS1 的区别

1.1 ROS2 简介

ROS2（Robot Operating System 2）是一个开源的机器人软件开发框架，继承并改进了 ROS1 的设计理念。
它并不是一个操作系统，而是一个运行在多种平台上的中间件框架，提供了机器人软件开发所需的通信、工具和生态支持。
ROS2 旨在解决 ROS1 在工业化、实时性、多平台适配等方面的不足，支持在嵌入式设备、桌面计算机以及云端运行。

ROS2 的主要特点：

  • 跨平台：支持 Linux、Windows、macOS 以及嵌入式系统。
  • 实时性支持：适合需要严格延迟控制的机器人应用。
  • 更安全和可扩展：引入 DDS（Data Distribution Service）作为底层通信中间件，支持安全加密与认证。
  • 活跃的社区与生态：持续更新与维护，提供大量功能包和工具。

1.2 ROS1 与 ROS2 的区别

对比项 ROS1 ROS2
发布年份 2010 年左右 2017 年左右（Alpha 发布，之后逐步稳定）
底层通信 TCPROS、UDPROS DDS（Data Distribution Service）
实时性 基本不支持 原生支持实时系统和实时调度
平台支持 主要是 Linux（Ubuntu） Linux、Windows、macOS、RTOS 等
多机器人 需要额外配置或依赖外部工具 内置多主机、多机器人支持
安全性 无内置安全机制 内置安全认证与加密（基于 DDS Security）
生命周期管理 节点生命周期缺乏标准化 支持节点生命周期管理
社区状态 维护中（推荐迁移至 ROS2） 正在快速发展与更新

2. ROS2 安装

2.1 ubuntu20.04下安装

  • 推荐操作系统
  • 依赖工具（colcon、python3 等）

2.2 安装步骤（以 Ubuntu 为例）

添加清华源

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sudo cp /etc/apt/sources.list /etc/apt/sources.list.bak

编辑 ROS2 软件源列表：

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sudo nano /etc/apt/sources.list.d/ros2.list

根据不同的ubuntu版本安装

Ubuntu 20.04 (ROS2 Foxy)

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deb [arch=amd64] https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ros2/ubuntu focal main

Ubuntu 22.04 (ROS2 Humble)

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deb [arch=amd64] https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ros2/ubuntu jammy main

保存并退出（Ctrl+O → 回车 → Ctrl+X）

导入清华 ROS2 公钥

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sudo apt-key adv --keyserver keyserver.ubuntu.com --recv-keys F42ED6FBAB17C654
sudo apt update

安装 ROS2 桌面版

Ubuntu 20.04 (ROS2 Foxy)

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sudo apt install ros-foxy-desktop

Ubuntu 22.04 (ROS2 Humble)

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sudo apt install ros-humble-desktop

配置环境变量

这里由于我在环境里面安装了ROS1和ROS2,所以需要在终端清除环境变量

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# 清理所有 ROS 相关环境变量
for var in $(env | grep ROS | awk -F= '{print $1}'); do unset $var; done

# 再加载 ROS2
source /opt/ros/foxy/setup.bash

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echo $ROS_DISTRO

即可查看环境变量是否转换

简单的代码运行

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

安装colcon用于编译，相当于ROS1的catkin_make

创建工作空间和包:

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mkdir -p ~/ros2_ws/src
cd ~/ros2_ws/src

ros2 pkg create --build-type ament_cmake cpp_srvcli --dependencies rclcpp example_interfaces

写服务端节点（server）:

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#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "example_interfaces/srv/add_two_ints.hpp"
#include <memory>

void add(
    const std::shared_ptr<example_interfaces::srv::AddTwoInts::Request> request,
    std::shared_ptr<example_interfaces::srv::AddTwoInts::Response> response)
{
    response->sum = request->a + request->b;
    RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Incoming request: a=%ld, b=%ld", request->a, request->b);
    RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Sending back response: sum=%ld", response->sum);
}

int main(int argc, char **argv)
{
    rclcpp::init(argc, argv);
    auto node = rclcpp::Node::make_shared("add_two_ints_server");
    auto service = node->create_service<example_interfaces::srv::AddTwoInts>("add_two_ints", &add);
    RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Ready to add two ints.");
    rclcpp::spin(node);
    rclcpp::shutdown();
    return 0;
}

写客户端节点（client）:

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#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "example_interfaces/srv/add_two_ints.hpp"
#include <chrono>
#include <cstdlib>
#include <memory>

using namespace std::chrono_literals;

int main(int argc, char **argv)
{
    rclcpp::init(argc, argv);

    if (argc != 3) {
        RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Usage: add_two_ints_client X Y");
        return 1;
    }

    auto node = rclcpp::Node::make_shared("add_two_ints_client");
    auto client = node->create_client<example_interfaces::srv::AddTwoInts>("add_two_ints");

    while (!client->wait_for_service(1s)) {
        if (!rclcpp::ok()) {
            RCLCPP_ERROR(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Interrupted while waiting for the service.");
            return 0;
        }
        RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Waiting for service to appear...");
    }

    auto request = std::make_shared<example_interfaces::srv::AddTwoInts::Request>();
    request->a = atoll(argv[1]);
    request->b = atoll(argv[2]);

    auto result = client->async_send_request(request);

    if (rclcpp::spin_until_future_complete(node, result) ==
        rclcpp::FutureReturnCode::SUCCESS)
    {
        RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Sum: %ld", result.get()->sum);
    } else {
        RCLCPP_ERROR(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Failed to call service");
    }

    rclcpp::shutdown();
    return 0;
}

修改 CMakeLists.txt，在 cpp_srvcli/CMakeLists.txt 添加：

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find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(example_interfaces REQUIRED)

add_executable(server src/add_two_ints_server.cpp)
ament_target_dependencies(server rclcpp example_interfaces)

add_executable(client src/add_two_ints_client.cpp)
ament_target_dependencies(client rclcpp example_interfaces)

install(TARGETS
  server
  client
  DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})

编译：

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cd ~/ros2_ws
colcon build \
  --packages-select cpp_srvcli \
  --cmake-args \
    -DPYTHON_EXECUTABLE=/usr/bin/python3

source install/setup.bash

注意，这里打开新终端的时候，还需要像上面那样转换到ROS2环境，如下所示：

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# 清空所有 ROS 环境变量
for var in $(env | grep -E 'ROS|AMENT' | awk -F= '{print $1}'); do unset $var; done

# 切到 ROS2 环境
source /opt/ros/foxy/setup.bash
source ~/ros2_ws/install/setup.bash

运行

服务端运行：

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# 开一个新终端
source /opt/ros/foxy/setup.bash
source ~/ros2_ws/install/setup.bash
ros2 run cpp_srvcli server

客户端运行：

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# 再开一个新终端
source /opt/ros/foxy/setup.bash
source ~/ros2_ws/install/setup.bash
ros2 run cpp_srvcli client 3 5

ROS2 入门指南

https://garyaacm.github.io/2025/08/14/ROS2入门/

作者

Gary

发布于

2025-08-14

更新于

2025-08-15

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