从零开始搭建ROS1开发环境：Ubuntu22.04到代码编写

 # 1. ROS1开发环境概览与安装准备 在探讨如何在Ubuntu 22.04系统上安装ROS1之前，让我们先对ROS1开发环境有一个全面的了解。ROS（Robot Operating System）是专为机器人应用开发设计的一套开源元操作系统框架，它提供了一系列工具、库以及约定俗成的代码，用以帮助软件开发者构建复杂的应用程序。ROS1是该系列的第一代产品，广泛应用于研究、教育和产品开发。 本章的主要目标是为安装ROS1做好充分准备。我们会先对ROS1开发环境做一个概览，并且梳理出安装准备工作和步骤。 ## 1.1 ROS1开发环境概览 首先，我们需要了解ROS1的基本架构，它主要分为三个层级：文件系统级（Filesystem Level）、计算图级（Computation Graph Level）和社区级（Community Level）。ROS1的文件系统提供了一系列约定的包结构和构建工具，计算图是通过节点、话题、服务和参数服务器等构建的实时通信系统，而社区级则是为ROS1用户提供各种资源和服务，比如ROS Answers、ROS Wiki等。 ## 1.2 安装准备 为了顺利完成ROS1的安装，我们需要确保系统中安装了支持ROS1运行所需的依赖包和软件环境。这包括更新系统软件源列表以及安装特定的系统依赖包，比如`python-rosdep`和`python-catkin-tools`等。在后续的章节中，我们会详细地说明这些步骤，现在只需了解它们是安装过程中的关键部分。 通过阅读本章内容，你将为安装ROS1建立坚实的基础，并为深入理解后续章节打下良好基础。接下来，我们将详细探讨Ubuntu 22.04系统的ROS1安装过程。 # 2. Ubuntu22.04系统的ROS1安装 ## 2.1 ROS1安装前的准备工作 ### 2.1.1 更新系统软件源列表 在开始安装ROS1之前，确保你的Ubuntu系统软件源列表是最新的，这样可以确保安装过程中下载的都是最新的软件包。可以通过以下指令完成更新： ```bash sudo apt-get update ``` 这个命令将下载Ubuntu的软件包列表，这一步是必须的，因为你的系统会根据这个列表来检查哪些软件包有更新。对于ROS1来说，选择正确的软件源是非常关键的，因为某些软件包可能需要从特定的源中安装。 ### 2.1.2 安装必要的系统依赖包 在安装ROS1之前，需要先安装一些系统依赖包。这些依赖包是运行ROS1和相关软件包的必要条件。可以通过下面的指令来安装这些依赖： ```bash sudo apt-get install -y python-rosdep python-rosinstall-generator python-wstool build-essential ``` 这里安装了几个关键的依赖：`rosdep` 用于系统依赖包的安装和管理；`rosinstall_generator` 和 `wstool` 用于创建和管理ROS工作空间；`build-essential` 则是编译C++和Python包的基础依赖。 ## 2.2 安装ROS1版本的选择与配置 ### 2.2.1 ROS1版本概述 ROS1有多个版本，每一个版本都针对不同版本的Ubuntu进行了优化。在Ubuntu22.04上，你应该选择ROS Noetic，它是ROS1的最后一个主要版本，专门针对Ubuntu 20.04 LTS设计，但同样兼容Ubuntu 22.04。 选择合适的ROS版本能够确保最佳的兼容性和稳定性。可以通过查看ROS官网获取不同版本的兼容性信息。 ### 2.2.2 安装ROS1及其环境设置 安装ROS Noetic版本的过程涉及几个步骤。首先，需要添加ROS仓库到你的系统源列表中： ```bash sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list' ``` 然后，添加ROS的密钥，以确保软件包的安全性： ```bash sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654 ``` 更新软件包索引，并安装ROS： ```bash sudo apt-get update sudo apt-get install ros-noetic-desktop-full ``` 安装完成后，需要初始化rosdep，以便能够安装系统依赖包： ```bash sudo rosdep init rosdep update ``` 最后，添加环境变量到你的bash shell，这样ROS命令就可以在任何终端中使用了： ```bash echo "source /opt/ros/noetic/setup.bash" >> ~/.bashrc source ~/.bashrc ``` ## 2.3 验证ROS1安装的有效性 ### 2.3.1 ROS1环境变量验证 验证ROS环境变量已经被正确添加到你的shell配置中，可以通过以下命令来检查： ```bash printenv | grep ROS ``` 如果一切正常，你应该能够看到像 `ROS_ROOT` 和 `ROS_MASTER_URI` 这样的环境变量。 ### 2.3.2 运行ROS1小示例程序 为了进一步验证ROS1已经正确安装，可以运行一个简单的roscore和一个发布者节点。首先打开一个新的终端，输入以下命令启动roscore： ```bash roscore ``` 这将启动ROS的核心部分，包括参数服务器、消息管理器和命名服务。然后，在另一个终端中运行一个简单的话题发布者： ```bash rosrun turtlesim turtlesim_node ``` 当你运行了`turtlesim_node`，你应该会看到一个简单的模拟界面，这表示ROS1环境已经正确安装并且运行良好。 通过本章节的介绍，读者应该已经对如何在Ubuntu 22.04上安装ROS Noetic有了基本的了解。从安装前的准备工作到ROS1安装流程，以及如何验证安装的成功，这些步骤构成了ROS开发环境的基础。随着您继续学习ROS，这些基础知识将成为您深入探索和掌握ROS能力的坚实基石。 # 3. ROS1工作空间的创建与配置 ## 3.1 ROS1工作空间的概念和结构 ### 3.1.1 理解ROS1工作空间的重要性 在ROS1（Robot Operating System 1）中，工作空间是存放项目源代码、编译生成的目标文件及安装生成的文件的顶层目录结构。通过理解和掌握ROS1工作空间的结构与构建方法，可以帮助开发者高效地组织和管理多个软件包（packages）及其依赖关系。 ROS1工作空间由三个主要部分组成： - **src**: 此目录包含ROS1软件包的源代码。 - **devel**: 这个目录用于存放生成的目标文件，如可执行文件和库文件。 - **install**: 安装目录，用于存放最终编译安装后的软件包。 理解这些结构有助于我们更好地控制编译过程，以及后续的代码部署与分发。工作空间的创建和配置是任何ROS1项目的基础步骤。 ### 3.1.2 创建和构建ROS1工作空间 创建一个新的ROS1工作空间可以通过使用`catkin`工具链来完成。以下是详细步骤： 1. 创建工作空间的顶级目录并进入该目录： ```bash mkdir -p ~/catkin_ws/src cd ~/catkin_ws/ ``` 2. 使用`catkin_make`初始化工作空间，这会生成`devel`和`build`目录： ```bash catkin_make ``` 3. 设置环境变量，使得ROS1能够识别我们的工作空间： ```bash source devel/setup.bash ``` 4. 如果需要将工作空间永久添加到环境变量中，可以在`.bashrc`文件中添加以下命令： ```bash echo "source ~/catkin_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc ``` 完成以上步骤之后，就创建并配置好了ROS1工作空间。你可以