技术标签: 机器人 melodic ubuntu ROS ros sudo
ROS诞生背景
机器人是一种高度复杂的系统性实现,机器人设计包含了机械加工、机械结构设计、硬件设计、嵌入式软件设计、上层软件设计…是各种硬件与软件集成,甚至可以说机器人系统是当今工业体系的集大成者。
机器人体系是相当庞大的,其复杂度之高,以至于没有任何个人、组织甚至公司能够独立完成系统性的机器人研发工作。
一种更合适的策略是:让机器人研发者专注于自己擅长的领域,其他模块则直接复用相关领域更专业研发团队的实现,当然自身的研究也可以被他人继续复用。这种基于"复用"的分工协作,遵循了不重复发明轮子的原则,显然是可以大大提高机器人的研发效率的,尤其是随着机器人硬件越来越丰富,软件库越来越庞大,这种复用性和模块化开发需求也愈发强烈。
在此大背景下,于 2007 年,一家名为 柳树车库(Willow Garage) 的机器人公司发布了 ROS(机器人操作系统),ROS是一套机器人通用软件框架,可以提升功能模块的复用性,并且随着该系统的不断迭代与完善,如今 ROS 已经成为机器人领域的事实标准。
ROS全称Robot Operating System(机器人操作系统)
ROS是适用于机器人的开源元操作系统;
ROS集成了大量的工具,库,协议,提供类似OS所提供的功能,简化对机器人的控制;
还提供了用于在多台计算机上获取,构建,编写和运行代码的工具和库,ROS在某些方面类似于“机器人框架”;
ROS设计者将ROS表述为“ROS = Plumbing + Tools + Capabilities + Ecosystem”,即ROS是通讯机制、工具软件包、机器人高层技能以及机器人生态系统的集合体。
机器人开发的分工思想,实现了不同研发团队间的共享和协作,提升了机器人的研发效率,为了服务“ 分工”,ROS主要设计了如下目标:
ROS是一个由来已久、贡献者众多的大型软件项目。在ROS诞生之前,很多学者认为,机器人研究需要一个开放式的协作框架,并且已经有不少类似的项目致力于实现这样的框架。在这些工作中,斯坦福大学在2000年年中开展了一系列相关研究项目,如斯坦福人工智能机器人(STandford AI Robot, STAIR)项目、个人机器人(Personal Robots, PR)项目等,在上述项目中,在研究具有代表性、集成式人工智能系统的过程中,创立了用于室内场景的高灵活性、动态软件系统,其可以用于机器人学研究。
2007年,柳树车库(Willow Garage)提供了大量资源,用于将斯坦福大学机器人项目中的软件系统进行扩展与完善,同时,在无数研究人员的共同努力下,ROS的核心思想和基本软件包逐渐得到完善。
ROS的发行版本(ROS distribution) 指ROS软件包的版本,其与Linux的发行版本(如Ubuntu)的概念类似。推出ROS发行版本的目的在于使开发人员可以使用相对稳定的代码库,直到其准备好将所有内容进行版本升级为止。因此,每个发行版本推出后,ROS开发者通常仅对这一版本的bug进行修复,同时提供少量针对核心软件包的改进。
版本特点: 按照英文字母顺序命名,ROS 目前已经发布了ROS1 的终极版本: noetic,并建议后期过渡至 ROS2 版本。noetic 版本之前默认使用的是 Python2,noetic 支持 Python3。
建议版本: noetic 或 melodic 或 kinetic
我使用的是 ROS 版本是 Melodic,那么可以在 ubuntu18.04、Mac 或 windows10 系统上安装,虽然一般用户平时使用的操作系统以windows居多,但是ROS之前的版本基本都不支持windows,所以当前我们选用的操作系统是 ubuntu,以方便向历史版本过渡。ubuntu安装常用方式有两种:
实体机安装 ubuntu (较为常用的是使用双系统,windows 与 ubuntu 并存);
虚拟机安装 ubuntu。
两种方式比较,各有优缺点:
在 ROS 中,一些仿真操作是比较耗费系统资源的,且经常需要和一些硬件(雷达、摄像头、imu、STM32、arduino…)交互,因此,原则上建议采用方案1,不过如果只是出于学习目的,那么方案2也基本够用,且方案2在windows与ubuntu的交互上更为方便,对于学习者更为友好。当然,具体采用哪种实现方案,请按需选择。我选择的是安装双系统。
如果采用虚拟机安装 ubuntu,再安装 ROS 的话,大致流程如下:
安装虚拟机软件(比如:virtualbox 或 VMware);
使用虚拟机软件虚拟一台主机;
在虚拟主机上安装 ubuntu 18.04;
在 ubuntu 上安装 ROS;
测试 ROS 环境是否可以正常运行。
虚拟机软件选择上,对于我们学习而言 virtualbox 和 VMware 都可以满足需求,二者比较,前者免费,后者收费,所以尽量选用 virtualbox。
对应于ROS melodic版本,我们需要安装的是ubuntu18.04,具体安装教程网上有很多,建议选择访问量最高的那个。还有,不管是虚拟机还是双系统,ubuntu18.04的镜像文件一定要选好,这个影响到后面很多东西,有的镜像文件缺少东西,会出各种错误,什么都需要自己手动配置,为了减少不必要的麻烦,还是选择权威些的镜像文件。
Ubuntu 安装完毕后,就可以安装 ROS 操作系统了,大致步骤如下:
1.配置ubuntu的软件和更新
配置ubuntu的软件和更新,允许安装不经认证的软件。
首先打开“软件和更新”对话框,具体可以在 Ubuntu 搜索按钮中搜索。
打开后按照下图进行配置(确保勾选了"restricted", “universe,” 和 “multiverse.”)
2.设置安装源
官方默认安装源:
sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'
或来自国内清华的安装源
sudo sh -c '. /etc/lsb-release && echo "deb http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ros/ubuntu/ `lsb_release -cs` main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'
或来自国内中科大的安装源
sudo sh -c '. /etc/lsb-release && echo "deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ros/ubuntu/ `lsb_release -cs` main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'
PS: 回车后,可能需要输入管理员密码;建议使用国内资源,安装速度更快。
3.设置key
sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654
4.安装
首先需要更新 apt(以前是 apt-get, 官方建议使用 apt 而非 apt-get),apt 是用于从互联网仓库搜索、安装、升级、卸载软件或操作系统的工具。
sudo apt update
等待…
然后,再安装所需类型的 ROS:ROS 多个类型:Desktop-Full、Desktop、ROS-Base。这里介绍较为常用的Desktop-Full(官方推荐)安装: ROS, rqt, rviz, robot-generic libraries, 2D/3D simulators, navigation and 2D/3D perception
sudo apt install ros-melodic-desktop-full
等待…(比较耗时)
友情提示: 由于网络原因,导致连接超时,可能会安装失败,如下所示:
可以多次重复调用 更新 和 安装命令,直至成功。
5.环境设置
配置环境变量,方便在任意 终端中使用 ROS。
echo "source /opt/ros/melodic/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc
6.安装构建依赖
首先安装构建依赖的相关工具
sudo apt install python-rosdep python-rosinstall python-rosinstall-generator python-wstool build-essential
然后安装rosdep(可以安装系统依赖)
sudo apt install python-rosdep
初始化rosdep
sudo rosdep init
rosdep update
当执行到最后 sudo rosdep init 和rosdep时,绝大多数人都会抛出异常。因为境外资源被屏蔽,而且墙在今年4月份时候还被加高了,所以翻墙也很困难了。
这里给出解决方法:rosdep报错最有效方法
我参考这篇博客成功rosdep update!
卸载
如果需要卸载ROS可以调用如下命令:
sudo apt remove ros-melodic-*
另请参考:ROS wiki
ROS 内置了一些小程序,可以通过运行这些小程序以检测 ROS 环境是否可以正常运行
最终结果如下所示:
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