ROS2快速入门Python篇-版本梳理、环境搭建、源码架构介绍 ...

1. ROS2版本阐明及资料获取

1.1 ROS2版本更新记录

https://docs.ros.org/en/foxy/Releases.html

ROS1版本更新记录
https://wiki.ros.org/Distributions

1.2 ROS1/ROS2各版本资料位置

https://docs.ros.org/en/?C=M;O=D

本系列将使用humble来讲解Ros2的使用。
2. humble安装

两种方式: Binary安装和源码安装
2.1 使用Binary方式安装与测试

binary安装支持Ubuntu Linux Jammy (Ubuntu 22.04) 64-bit x86 and 64-bit ARM，以是假如你装的是Ubuntu22.04, 可以直接使用这种方式安装或者使用源码安装。
   We currently support Ubuntu Linux Jammy (22.04) 64-bit x86 and 64-bit ARM.
  安装与测试步骤参考：
   https://docs.ros.org/en/humble/Installation/Ubuntu-Install-Debians.html
  2.2 使用源码方式安装与测试

假如是其他Linux系统，如树莓派4（Raspi OS基于Debian Bullseye），可以选择源码安装方式。
   The current Debian-based target platforms for Humble Hawksbill are:
. Tier 1: Ubuntu Linux - Jammy (22.04) 64-bit
. Tier 3: Ubuntu Linux -Focal (20.04) 64-bit
. Tier 3: Debian Linux - Bullseye (11) 64-bit
  Other Linux platforms with varying support levels include:
. Arch Linux, see alternate instructions
. Fedora Linux, see alternate instructions
. OpenEmbedded / webOS OSE, see alternate instructions
  安装步骤参考：
   https://docs.ros.org/en/humble/Installation/Alternatives/Ubuntu-Development-Setup.html
  Ubuntu22.04源码安装步骤：
2.2.1 源码下载

1. #https://docs.ros.org/en/humble/Installation/Alternatives/Ubuntu-Development-Setup.html
2. #suit for ubuntu22.04
4. sudo apt install software-properties-common
5. sudo add-apt-repository universe
7. sudo apt update && sudo apt install curl -y
8. sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key -o /usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg
10. echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg] http://packages.ros.org/ros2/ubuntu $(. /etc/os-release && echo $UBUNTU_CODENAME) main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/ros2.list > /dev/null
12. sudo apt update && sudo apt install -y \
13.   python3-flake8-docstrings \
14.   python3-pip \
15.   python3-pytest-cov \
16.   ros-dev-tools
17.   
18. sudo apt install -y \
19.    python3-flake8-blind-except \
20.    python3-flake8-builtins \
21.    python3-flake8-class-newline \
22.    python3-flake8-comprehensions \
23.    python3-flake8-deprecated \
24.    python3-flake8-import-order \
25.    python3-flake8-quotes \
26.    python3-pytest-repeat \
27.    python3-pytest-rerunfailures
29. sudo apt install python3-colcon-common-extensions
31. #download git listed in ros2.repos (https://github.com/ros2/ros2.git)
32. #code size 561M
33. mkdir -p ./ros2_humble/src
34. cd ros2_humble
35. vcs import --input https://raw.githubusercontent.com/ros2/ros2/humble/ros2.repos src

复制代码

国内网络访问raw.githubusercontent.com出现Connection refused问题处理
假如碰到如许的错误
   $ sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key -o /usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg
curl: (7) Failed to connect to raw.githubusercontent.com port 443 after 70 ms: Connection refused
  在网站https://sites.ipaddress.com/查询raw.githubusercontent.com的ip地址

添加到/etc/hosts文件中

2.2.2 源码编译

1. sudo apt upgrade
2. sudo rosdep init
3. rosdep update
4. rosdep install --from-paths src --ignore-src -y --skip-keys "fastcdr rti-connext-dds-6.0.1 urdfdom_headers"
6. cd ros2_humble/
7. colcon build --symlink-install

复制代码

sudo rosdep init碰到cannot download default sources list from问题
   $ sudo rosdep init ERROR: cannot download default sources list from:
https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/rosdep/sources.list.d/20-default.list
Website may be down.
  重试频频可成功，缘故原由未知，大概是单纯的网络问题。
   $ sudo rosdep init Wrote
/etc/ros/rosdep/sources.list.d/20-default.list Recommended: please run
  rosdep update
  2.2.3 运行测试

1. 初始化运行环境
2. echo "source <workspace path>/ros2_humble/install/local_setup.bash" >> ~/.bashrc

复制代码

新终端运行talker示例程序

1. ros2 run demo_nodes_cpp talker

复制代码

新终端运行listener示例程序

1. ros2 run demo_nodes_py listener

复制代码

结果如图所示

   rosrun和ros2 run区别
rosrun和ros2 run都是用于在ROS环境中运行节点的下令行工具，但它们分别实用于不同版本的ROS。
  rosrun:
rosrun下令是用于在ROS1中运行节点的工具。它允许你直接指定要运行的ROS软件包中的节点，而不需要提前source或者setup.bash ROS环境。它的使用方式是：
rosrun package_name node_name
其中，package_name是要运行节点所属的ROS软件包的名称，node_name是要运行的节点的名称。
  ros2 run:
ros2 run下令是用于在ROS 2中运行节点的工具。它的功能类似于rosrun，但是针对ROS2环境。它允许你直接指定要运行的ROS软件包中的节点，而不需要提前source或者setup.bash ROS环境。它的使用方式也是类似的：
  ros2 run package_name node_name
其中，package_name是要运行节点所属的ROS软件包的名称，node_name是要运行的节点的名称。
  3. ROS架构体系

3.1 重要模块及其功能的概述

模块功能rclcpp这是 ROS 2 的 C++ 客户端库。它提供了一个面向对象的接口，用于创建节点、发布和订阅主题、调用服务等。rclcpp 提供了一个类似于 ROS 1 的 roscpp 的接口，但是专门为 ROS 2 的分布式架构设计。rclpy与 rclcpp 类似，rclpy 是 ROS 2 的 Python 客户端库。它允许开发者使用 Python 来编写 ROS 2 节点，并与 ROS 2 系统进行交互。rosidl这个模块用于 ROS 2 中的消息和服务接口界说语言 (IDL)。它允许界说 ROS 2 中使用的消息和服务的结构，并天生用于序列化和反序列化这些消息的代码rclROS 2 的焦点 C 语言实现。rcl 提供了一个低级别的 ROS 2 客户端库，用于与 ROS 2 的中心件通讯。rmwROS Middleware Interface (RMW) 是 ROS 2 与不同通讯中心件之间的接口。ROS 2 支持多种不同的中心件，如 FastRTPS、Cyclone DDS 等，而 RMW 模块允许 ROS 2 与这些不同的中心件进行通讯ros2cliROS 2 下令行工具的集合。这些工具用于管理 ROS 2 节点、主题、服务等，以及执行其他与 ROS 2 相干的使命。ros2 launch这是 ROS 2 中用于启动多个节点的工具。它允许用户使用 XML 或 Python 文件来形貌节点的启动配置，并按照指定的配置启动这些节点。 3.2 ros-core, ros-base，ros_desktop差别

安装ROS的时间，总会有不同的安装选项，如ros-core, ros-base，ros_desktop，区别只是不同选项所包罗组件有的多，有的少些而已。
   ros_core：ros_core是ROS的焦点组件，它包罗了ROS的基本功能和工具，例如ROS Master、rosout日志记录节点等。ros_core只包罗最基本的ROS功能，实用于用户想要自界说自己的ROS环境的情况。
  ros_base：ros_base是一个比ros_core更大的安装选项，它包罗了ros_core中的所有内容，同时还包罗了一些额外的ROS软件包，如常用的ROS库、工具和一些常用的传感器和执行器的驱动程序。ros_base提供了一个较为完整的ROS环境，实用于大多数ROS应用。
  ros_desktop：ros_desktop是ROS安装的最完整的选项，它包罗了ros_base中的所有内容，以及一些针对桌面用户的可视化工具和库，如rviz（ROS的三维可视化工具）、rqt（ROS的可视化工具集）等。ros_desktop实用于需要使用ROS进行开发和调试的桌面用户。
  因此，这三个选项之间的关系是：ros_desktop包罗了ros_base，ros_base包罗了ros_core。用户可以根据其需求选择合适的安装选项。
  具体差别可见：https://www.ros.org/reps/rep-2001.html#id23
同样以humble版本为例

3.3 DDS介绍

DDS 指的是 Data Distribution Service（数据分发服务），是一种用于实时系统之间通讯和数据共享的开放尺度。在 ROS 2 中，DDS 用作 ROS 2 的通讯中心件，用于在不同的 ROS 2 节点之间传输消息。
ROS 2 中的 DDS 实现充当了 ROS 2 架构的基础，负责节点之间的通讯。ROS 2 支持多种 DDS 实现，例如 Fast DDS、Cyclone DDS 等。这些实现都遵循 DDS 尺度，并提供了在 ROS 2 中使用 DDS 进行通讯所需的接口和功能。
DDS 提供了一种灵活而强大的消息传输机制，具有高度的可靠性和实时性。它允许开发者根据系统的需求配置通讯参数，并支持多种通讯模式，包罗发布-订阅、哀求-响应等。这使得 DDS 成为构建实时分布式系统的理想选择，也成为了 ROS 2 作为呆板人操纵系统的焦点通讯技能。
   DDS（Data Distribution Service）是一种用于实时系统之间通讯和数据共享的开放尺度。DDS 尺度由 Object Management Group（OMG）制定和维护，是一种针对实时和嵌入式系统的数据通讯协议。以下是 DDS 尺度的重要特点和组成部门：
  

• 发布-订阅模子（Publish-Subscribe Paradigm）：DDS 使用发布-订阅模子，允许数据的发布者（Publishers）向感兴趣的订阅者（Subscribers）广播数据。这种模子允许松散的耦合和异步通讯，使得系统更加灵活和可扩展。
  
• 数据中心（Data-Centric）：DDS 是一种数据中心的通讯协议，强调数据的传输和共享。数据被视为中心，而不是消息传输机制。这种方法允许系统中的各个部门直接共享数据，而不需要显式的点对点通讯。
  
• 实时性（Real-Time Capabilities）：DDS 具有很好的实时性能，能够满意实时系统的要求。DDS 的实现通常提供了可配置的 QoS（Quality of Service）参数，允许开发者根据系统的需求调解通讯的实时性、可靠性和带宽利用率等方面的参数。
  
• 主动发现和路由（Automatic Discovery and Routing）：DDS 允许系统中的节点主动发现彼此，并建立通讯毗连。DDS 还支持动态的路由机制，允许在系统运行时动态地调解通讯路径。
  
• 安全性（Security）：DDS 提供了安全性的支持，包罗身份验证、访问控制、加密等功能，以确保通讯数据的机密性和完整性。
  
• 平台无关性（Platform-Independence）：DDS 是一种平台无关的通讯协议，可以在各种不同的操纵系统和硬件平台上使用。
  

  DDS 尺度的实现通常由各个厂商提供，包罗开源实现和商业实现。在实时系统、嵌入式系统、大规模分布式系统等领域，DDS
在提供高效、可靠的数据通讯方面发挥着重要作用。

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