ROS2概述和环境搭建

近期我们想实现一个功能，利用机器人实现羽绒服分拣。我们计划的硬件：宇树G1（移动底盘+躯干） + 灵巧手（末端执行器） + 摄像头/深度传感器（视觉）和力量传感器（触觉）

那么问题就来了？这些组件来自不同的厂商，使用不同的通信协议（CAN总线、Ethernet、USB等），数据格式也千差万别。如何让它们“对话”？

而ROS2就可以解决我们的问题，ROS2提供了一个基于“话题”、“服务”、“动作”的标准化通信中间件；

• 宇树G1的关节状态发布到一个/joint_states话题；
• 摄像头图像发布到/camera/image_raw话题；
• 分拣算法订阅这些话题获取信息，经过处理（比如识别羽绒服类型），然后通过/hand_control动作或服务向灵巧手发送抓取指令；
• 所有模块都通过ROS2这个“总线”连接，无需关心彼此底层硬件细节。

一、ROS2概述

1.1 ROS2的历史

ROS：英文全称Robot Operating System（机器人操作系统），但ROS本身并不是一个操作系统，而是可以安装在现在已有的操作系统上（Linux、Windows、Mac）的软件库和工具集。

ROS出生于2007年，ROS的出现解决了机器人各个组件之间的通信问题，同时基于ROS完善的通信机制，越来越多的优秀的机器人算法集成到了ROS中来。

现在的ROS功能已经变得非常的丰富和强大。但随着对ROS功能上要求越来越多，一些原始的架构和设计不能够满足目前的使用需求，这也是ROS2出现的原因。

1.1.1 ROS的作用

做一个机器人需要涉及到多个部分，而且这些部分之间还要进行通信，如果想要整个机器人可以跑起来，那么必须要有一个东西将下面的几个部分合理的连接到一起，这个东西就是ROS；

• 感知部分：激光雷达、深度相机、IMU、里程计、碰撞感知、建图；
• 决策部分：路径规划（navigation）算法、定位算法；
• 控制部分：轮子驱动。

1.1.2 为什么需要 ROS2

2007年ROS开发人员设计和制作ROS时，当时只想着简化机器人的开发，并没有想到过今天那么多的功能需求，比如商业化要求的稳定性、生命周期管理、多机协同、数据加密等。

随着ROS被越来越多机器人使用，受限于当初设计的局限性，ROS的问题也逐渐暴露。为了能够真正设计一款适用于所有机器人的操作系统，ROS2在2017年底正式发布，历经多年迭代，终于在2022年5月底，迎来了ROS2第一个长期支持版——ROS2 Humble。

1.1.3 ROS2版本对照表

ROS2是在ROS的基础上设计开发的第二代机器人操作系统，可简化机器人开发任务，加速机器人落地的软件库和工具集；

Distribution	Release date	Poster	EOL date	Support duration
Rolling Ridley (rolling release with latest features)	progressing since June 2020		N/A	N/A
Lyrical Luth	May 2026	N/A	N/A	N/A
Kilted Kaiju	23 May 2025		November 2026	1.5 years
Jazzy Jalisco	23 May 2024		May 2029	5 years
Iron Irwini	23 May 2023		November 2024	1.5 years
Humble Hawksbill	23 May 2022		May 2027	5 years
Galactic Geochelone	23 May 2021		December 2022	1.5 years
Foxy Fitzroy	5 June 2020		June 2023	3 years
Eloquent Elusor	22 November 2019		November 2020	1 year
Dashing Diademata	31 May 2019		May 2021	2 years
Crystal Clemmys	14 December 2018		December 2019	1 year
Bouncy Bolson	2 July 2018		July 2019	1 year
Ardent Apalone	8 December 2017		December 2018	1 year
beta3	13 September 2017	N/A	December 2017	4 months
beta2	5 July 2017	N/A	September 2017	2 months
beta1	19 December 2016	N/A	July 2017	7 months
(ROS 2 real-time proposal)	7 January 2016	N/A	N/A	N/A
alpha1 (Anchor) - alpha8 (Hook-and-Loop)	31 August 2015 - 5 October 2016	N/A	December 2016	total: 16 months
("Why ROS 2?")	20 July 2015	N/A	N/A	N/A
(batch CI jobs for ROS 2 and http://design.ros2.org)	referenced in Q&A 6 May 2015	N/A	N/A	N/A
(first commits to ROS 2 repository)	February 2015	N/A	N/A	N/A
ROSCon 2014:"Next-generation ROS: Building on DDS", "ROS 2.0: Developer preview"	12 September 2014	N/A	N/A	N/A

1.2 ROS和ROS2对比

1.2.1 系统架构

在这张图中，左侧是ROS1，右侧是ROS2，大家注意看两者最明显的变化，那就是Master。

• 在ROS1中，应用层里Master这个节点管理器的角色至关重要，所有节点都得听它指挥，类似是一个公司的CEO，有且只有一个，如果这个CEO突然消失，公司肯定会成一团乱麻。ROS2把这个最不稳定的角色请走了，节点可以通过另外一套discovery——自发现机制`，找到彼此，从而建立稳定的通信连接；
• 中间层是ROS封装好的标准通信接口，我们写程序的时候，会频繁和这些通信接口打交道，比如发布一个图像的数据，接收一个雷达的信息，客户端库会再调用底层复杂的驱动和通信协议，让我们的开发变得更加简单明了；
• 在ROS1中，ROS通信依赖底层的TCP和UDP协议，而在ROS2中，通信协议更换成了更加复杂但也更加完善的DDS系统；
• 如果是在进程内需要进行大量数据的通信，ROS1和ROS2都提供了基于共享内存的通信方法，只不过名字不太一样而已；
• 最下边是系统层，也就是可以将ROS安装在哪些操作系统上，ROS1主要安装在Linux上，ROS2的可选项就很多了，Linux、windows、MacOS、RTOS都可以；

通过这样对比的方式，我们了解了ROS2的整体架构，如果大家有接触过ROS1，这个框架应该并不难理解，如果大家是从ROS2开始学习，先大致有一个印象，通过后续的学习，就会有更加深入的理解。

1.2.2 DDS通信

ROS2相比ROS1最大的变化，除了省略了Master之外，应该就是通信系统的变化了。ROS1中基于TCP/UDP的通信系统，频繁诟病于延迟、丢数据、无法加密等问题，ROS2中的DDS在通信层面的功能就丰富多了。

DDS其实是物联网中广泛应用的一种通信协议，类似于我们常听说的5G通信一样，DDS是一个国际标准，能够实现该标准的软件系统并不是唯一的，所以我们可以选择多个厂家提供的DDS系统，比如这里的OpenSplice、FastRTPS，还有更多厂家提供的，每一家的性能不同，适用的场景也不同。

不过这就带来一个问题，每个DDS厂家的软件接口肯定是不一样的，如果我们按照某一家的接口写完了程序，想要切换其他厂家的DDS，不是要重新写代码么？这当然不符合ROS提高软件复用率的目标。

为了解决这个问题，ROS2设计了一个ROS Middleware，简称RMW，也就是指定一个标准的接口，比如如何发数据，如何收数据，数据的各种属性如何配置，都定义好了，如果厂家想要接入ROS社区，就得按照这个标准写一个适配的接口，把自家的DDS给移植过来，这样就把问题交给了最熟悉自家DDS的厂商。对于我们这些用户来讲，某一个DDS用的不爽，只要安装另一个，然后做一个简单的配置，程序一行的都不用改，轻松更换底层的通信系统。

举一个例子，比如我们在产品开发时，可以先用开源版本的DDS满足基本需求，部署交付的产品时，再更换为商业版本更稳定的DDS，这样可以减少开发成本。

总之，DDS的加入，让ROS2系统更加稳定，也更加灵活，当然复杂度也会高一些。这样，我们不用再纠结ROS的通信系统是否稳定、该如何优化等问题，更多精力都可以放在其他三个部分，专注优化我们的机器人应用功能。

二、ROS2安装方法

2.1 ubuntu 22.04环境搭建

这里我们安装ROS2使用的是ubuntu 22.04操作系统；

• 如果有树莓派或者其它SOC的板子，可以直接使用嵌入式设备安装ubuntu 22.04;
• 如果没有那就使用虚拟机安装ubuntu 22.04，具体参考《Ubuntu虚拟机安装》。

这里我们使用NanoPC-T6开发板，系统镜像使用rk3588-usb-ubuntu-jammy-desktop-6.1-arm64-20250811.zip，下载地址：https://download.friendlyelec.com/NanoPC-T6（位于01_系统固件03_USB线刷固件(USB-to-eMMC)目录）。

烧写固件到eMMC参考博客：《Rockchip RK3588 - NanoPC-T6开发板介绍》；

稍等片刻即可完成烧写，完成后设备会自动重启, 并从eMMC启动你安装的系统。这里我的开发板会会自动进入ubuntu 22.04桌面系统。

2.1.1 ssh远程连接

由于我通过路由器网口与开发板连接的，因此我们可以查看路由器连接的设备信息，比如这里我使用的开发板ip地址问为192.168.2.102。

通过ssh远程连接工具连接我们的开发板，这里我使用的是MobaXterm，ubuntu系统默认账号密码如下：

普通用户：用户名: pi密码: piRoot用户：默认没有设置root密码，可通过sudo passwd root命令配置root密码

这里我们使用Mobaxterm工具以pi用户登录，通过sudo passwd root命令配置root密码：

pi@NanoPC-T6:~$ sudo passwd root
New password:
Retype new password:
passwd: password updated successfully

这里我将root密码设置为123456，我们可以使用su命令切换到root用户：

pi@NanoPC-T6:~$ su root
Password:
root@NanoPC-T6:/home/pi#

2.1.2 查看操作系统

运行如下命令：

root@NanoPC-T6:/home/pi# cat /etc/os-release
PRETTY_NAME="Ubuntu 22.04.4 LTS"
NAME="Ubuntu"
VERSION_ID="22.04"
VERSION="22.04.4 LTS (Jammy Jellyfish)"
VERSION_CODENAME=jammy
ID=ubuntu
ID_LIKE=debian
HOME_URL="https://www.ubuntu.com/"
SUPPORT_URL="https://help.ubuntu.com/"
BUG_REPORT_URL="https://bugs.launchpad.net/ubuntu/"
PRIVACY_POLICY_URL="https://www.ubuntu.com/legal/terms-and-policies/privacy-policy"
UBUNTU_CODENAME=jammy##### 安装`x11vnc`远程桌面

x11vnc是一个VNC服务器，安装后我们可以不依赖外部的显示设备,，通过网络远程登debia桌面。

2.1.3 开启远程链接

ubuntu 22.04内置了远程连接功能，这里简单介绍一下，路径为：Settings --> Sharing --> Remote Desktop，打开后如下：

其中：

• 开启Remote Desktop，可以使用windows的Remote Desktop Connection远程连接到ubuntu桌面了；
• 开启Remote Control，可以使用远程连接软件进行操作控制;
• 勾选Enable Legacy VNC Protocol，就可以使用VNC客户端进行远程桌面了；另外，VNC最好是我们选择使用密码连接，因为这样方便一些：

账号密码是可以自定义设置的 ，在此设置页面的Authentication一栏。

在windows电脑上打开远程桌面连接，输入开发板IP地址和连接账号，效果如下图所示；

2.2 ROS2系统安装

接下来，我们就可以把ROS2安装到ubuntu系统中了，安装步骤如下。

2.2.1 设置编码

首先刷新/更新本地的软件包索引缓存；

root@NanoPC-T6:/# sudo apt update
root@NanoPC-T6:/# locale
LANG=
LANGUAGE=
LC_CTYPE="POSIX"
LC_NUMERIC="POSIX"
LC_TIME="POSIX"
LC_COLLATE="POSIX"
LC_MONETARY="POSIX"
LC_MESSAGES="POSIX"
LC_PAPER="POSIX"
LC_NAME="POSIX"
LC_ADDRESS="POSIX"
LC_TELEPHONE="POSIX"
LC_MEASUREMENT="POSIX"
LC_IDENTIFICATION="POSIX"
LC_ALL=

下载安装包，生成区域数据，并设置系统默认的区域环境变量；

root@NanoPC-T6:/# sudo apt install locales
root@NanoPC-T6:/# sudo locale-gen en_US en_US.UTF-8
root@NanoPC-T6:/# sudo update-locale LC_ALL=en_US.UTF-8 LANG=en_US.UTF-8 

虽然我们设置了系统默认的区域环境变量，但是需要重新登陆才能生效，这里我们直接使能当前终端会话的临时配置；

root@NanoPC-T6:/# export LANG=en_US.UTF-8

执行完上述步骤后，通过以下命令验证。首先查看当前激活的区域设置：

root@NanoPC-T6:/# locale
LANG=en_US.UTF-8
LANGUAGE=
LC_CTYPE="en_US.UTF-8"
LC_NUMERIC="en_US.UTF-8"
LC_TIME="en_US.UTF-8"
LC_COLLATE="en_US.UTF-8"
LC_MONETARY="en_US.UTF-8"
LC_MESSAGES="en_US.UTF-8"
LC_PAPER="en_US.UTF-8"
LC_NAME="en_US.UTF-8"
LC_ADDRESS="en_US.UTF-8"
LC_TELEPHONE="en_US.UTF-8"
LC_MEASUREMENT="en_US.UTF-8"
LC_IDENTIFICATION="en_US.UTF-8"
LC_ALL=

查看可用的区域设置：

root@NanoPC-T6:/# locale -a
C
C.utf8
en_US
en_US.iso88591
en_US.utf8
POSIX

查看系统配置文件：

root@NanoPC-T6:/# cat /etc/default/locale
#  File generated by update-locale
LANG=en_US.UTF-8
LC_ALL=en_US.UTF-8

2.2.2 添加源

安装必要的工具：

root@NanoPC-T6:/# sudo apt install curl gnupg lsb-release 

其中：gnupg用于管理加密密钥，验证软件包签名。

获取并保存ROS官方仓库的数字签名密钥；

root@NanoPC-T6:/# sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key -o /usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg 

创建ROS2软件源配置文件；

root@NanoPC-T6:/# echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg] https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ros2/ubuntu $(source /etc/os-release && echo $UBUNTU_CODENAME) main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/ros2.list > /dev/null

这里使用了中科大镜像源。

查看/etc/apt/sources.list.d/ros2.list文件；

root@NanoPC-T6:/# cat /etc/apt/sources.list.d/ros2.list
deb [arch=arm64 signed-by=/usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg] https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ros2/ubuntu jammy main

这么做的目的是让系统知道从哪里获取ROS2软件包，软件包存放在 http://packages.ros.org/ros2/ubuntu。

刷新/更新本地的软件包索引缓存；

root@NanoPC-T6:/# sudo apt update

2.2.3 安装ROS2

首先升级系统中所有已安装的软件包到最新版本；

root@NanoPC-T6:/# sudo apt upgrade

接着安装ROS2 Humble的桌面完整版；

root@NanoPC-T6:/# sudo apt install ros-humble-desktop

默认安装到/opt/ros/humble目录；

root@NanoPC-T6:/# ll /opt/ros/humble
drwxr-xr-x   2 root root  4096 Dec  7 09:25 bin/
drwxr-xr-x   2 root root  4096 Dec  7 09:24 cmake/
drwxr-xr-x 108 root root  4096 Dec  7 09:25 include/
drwxr-xr-x  77 root root 36864 Dec  7 09:25 lib/
drwxr-xr-x   3 root root  4096 Dec  7 09:24 local/
-rw-r--r--   1 root root   373 May 21  2025 local_setup.bash
-rw-r--r--   1 root root  3902 Jul  1 00:59 local_setup.sh
-rw-r--r--   1 root root 15664 May 21  2025 _local_setup_util.py
-rw-r--r--   1 root root   379 May 21  2025 local_setup.zsh
drwxr-xr-x   3 root root  4096 Dec  7 09:25 opt/
-rw-r--r--   1 root root   349 May 21  2025 setup.bash
-rw-r--r--   1 root root  4275 Jul  1 00:59 setup.sh
-rw-r--r--   1 root root   622 May 21  2025 setup.zsh
drwxr-xr-x 283 root root 12288 Dec  7 09:25 share/
drwxr-xr-x   4 root root  4096 Dec  7 09:24 src/
drwxr-xr-x   3 root root  4096 Dec  7 09:24 tools/

桌面版是最常用的安装选项，包含：

组件	包含内容	用途
ROS 核心	ros_core、common_interfaces	基础通信、消息接口
GUI工具	rqt、rviz2、rqt_graph	可视化、调试工具
开发工具	ros2bag、ros2doctor	数据记录、系统检查
示例与教程	demos、tutorials	学习示例代码
测试工具	launch_testing、ros_testing	测试框架m

2.2.4 设置环境变量

在当前终端加入ROS2环境配置，可以立即使用ROS命令；

root@NanoPC-T6:/# source /opt/ros/humble/setup.bash

如果要永久生效，我们需要执行：

root@NanoPC-T6:/# echo "source /opt/ros/humble/setup.bash" >> ~/.bashrc

即将ROS配置添加到.bashrc文件，每次打开新终端都会自动加载。

2.3 ROS2示例测试

为了验证ROS2安装成功，我们可以通过以下示例进行测试。

2.3.1 命令行示例

先来试试ROS2最为重要的底层通信系统DDS是否正常吧。启动第一个终端，通过以下命令启动一个数据的发布者节点：

root@NanoPC-T6:/# ros2 run demo_nodes_cpp talker
[INFO] [1765099988.639758914] [talker]: Publishing: 'Hello World: 1'
[INFO] [1765099989.639592339] [talker]: Publishing: 'Hello World: 2'
[INFO] [1765099990.639552066] [talker]: Publishing: 'Hello World: 3'
[INFO] [1765099991.639481059] [talker]: Publishing: 'Hello World: 4'
[INFO] [1765099992.639438565] [talker]: Publishing: 'Hello World: 5'
[INFO] [1765099993.639349797] [talker]: Publishing: 'Hello World: 6'
[INFO] [1765099994.639361081] [talker]: Publishing: 'Hello World: 7'
[INFO] [1765099995.639306466] [talker]: Publishing: 'Hello World: 8'
[INFO] [1765099996.639262949] [talker]: Publishing: 'Hello World: 9'
[INFO] [1765099997.639224113] [talker]: Publishing: 'Hello World: 10'
[INFO] [1765099998.639152544] [talker]: Publishing: 'Hello World: 11'
[INFO] [1765099999.639141444] [talker]: Publishing: 'Hello World: 12'
[INFO] [1765100000.639086904] [talker]: Publishing: 'Hello World: 13'
[INFO] [1765100001.639033336] [talker]: Publishing: 'Hello World: 14'
......
[INFO] [1765100021.638076944] [talker]: Publishing: 'Hello World: 34'

启动第二个终端，通过以下命令启动一个数据的订阅者节点：

root@NanoPC-T6:/# ros2 run demo_nodes_py listener
[INFO] [1765100012.671677724] [listener]: I heard: [Hello World: 25]
[INFO] [1765100013.642795834] [listener]: I heard: [Hello World: 26]
[INFO] [1765100014.642725664] [listener]: I heard: [Hello World: 27]
[INFO] [1765100015.641885253] [listener]: I heard: [Hello World: 28]
[INFO] [1765100016.642587618] [listener]: I heard: [Hello World: 29]
[INFO] [1765100017.642557448] [listener]: I heard: [Hello World: 30]
[INFO] [1765100018.642854527] [listener]: I heard: [Hello World: 31]
[INFO] [1765100019.642466610] [listener]: I heard: [Hello World: 32]
[INFO] [1765100020.642431608] [listener]: I heard: [Hello World: 33]
[INFO] [1765100021.642455534] [listener]: I heard: [Hello World: 34]

如果Hello World字符串在两个终端中正常传输，说明通信系统没有问题。

2.3.2 小海龟仿真示例

再来试一试ROS中的经典示例——小海龟仿真器。

进入桌面系统，启动第一个终端，运行如下指令：

root@NanoPC-T6:/# ros2 run turtlesim turtlesim_node

该指令将启动一个蓝色背景的海龟仿真器；

启动第二个终端，运行如下指令：

root@NanoPC-T6:/# ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

该指令将启动一个键盘控制节点，在该终端中点击键盘上的“上下左右”按键，就可以控制小海龟运动啦。

关于小海龟中蕴藏的ROS奥义，我们在后续教程中将持续探索。至此，ROS2安装成功。

三、ROS2命令行操作

ROS2命令行的操作机制与Linux相同，不过所有操作都集成在一个ros2的总命令中，后边第一个参数表示不同的操作目的，比如node表示对节点的操作，topic表示对话题的操作，具体操作干什么，还可以在后边继续跟一系列参数内容。

root@NanoPC-T6:/# ros2 --help
usage: ros2 [-h] [--use-python-default-buffering] Call `ros2 <command> -h` for more detailed usage. ...ros2 is an extensible command-line tool for ROS 2.options:-h, --help            show this help message and exit--use-python-default-bufferingDo not force line buffering in stdout and instead use the python default buffering, which might be affectedby PYTHONUNBUFFERED/-u and depends on whatever stdout is interactive or notCommands:action     Various action related sub-commandsbag        Various rosbag related sub-commandscomponent  Various component related sub-commandsdaemon     Various daemon related sub-commandsdoctor     Check ROS setup and other potential issuesinterface  Show information about ROS interfaceslaunch     Run a launch filelifecycle  Various lifecycle related sub-commandsmulticast  Various multicast related sub-commandsnode       Various node related sub-commandsparam      Various param related sub-commandspkg        Various package related sub-commandsrun        Run a package specific executablesecurity   Various security related sub-commandsservice    Various service related sub-commandstopic      Various topic related sub-commandswtf        Use `wtf` as alias to `doctor`Call `ros2 <command> -h` for more detailed usage.

接下来我们就以小海龟仿真为例，一起感受下ROS2命令行的主要功能，也对ROS2中的核心概念有一个大致了解。

3.1 运行节点程序

想要运行ROS2中某个节点，我们可以使用ros2 run命令进行操作，例如我们要运行海龟仿真节点和键盘控制节点：

root@NanoPC-T6:/# ros2 run turtlesim turtlesim_node
root@NanoPC-T6:/# ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

3.2 查看节点信息

当前运行的ROS系统中都有哪些节点呢？可以这样来查看：

root@NanoPC-T6:/# ros2 node list
/teleop_turtle
/turtlesim

如果对某一个节点感兴趣，加上一个info子命令，就可以知道它的详细信息：

root@NanoPC-T6:/# ros2 node info /turtlesim
/turtlesimSubscribers:/parameter_events: rcl_interfaces/msg/ParameterEvent/turtle1/cmd_vel: geometry_msgs/msg/TwistPublishers:/parameter_events: rcl_interfaces/msg/ParameterEvent/rosout: rcl_interfaces/msg/Log/turtle1/color_sensor: turtlesim/msg/Color/turtle1/pose: turtlesim/msg/PoseService Servers:/clear: std_srvs/srv/Empty/kill: turtlesim/srv/Kill/reset: std_srvs/srv/Empty/spawn: turtlesim/srv/Spawn/turtle1/set_pen: turtlesim/srv/SetPen/turtle1/teleport_absolute: turtlesim/srv/TeleportAbsolute/turtle1/teleport_relative: turtlesim/srv/TeleportRelative/turtlesim/describe_parameters: rcl_interfaces/srv/DescribeParameters/turtlesim/get_parameter_types: rcl_interfaces/srv/GetParameterTypes/turtlesim/get_parameters: rcl_interfaces/srv/GetParameters/turtlesim/list_parameters: rcl_interfaces/srv/ListParameters/turtlesim/set_parameters: rcl_interfaces/srv/SetParameters/turtlesim/set_parameters_atomically: rcl_interfaces/srv/SetParametersAtomicallyService Clients:Action Servers:/turtle1/rotate_absolute: turtlesim/action/RotateAbsoluteAction Clients:

其中：

• Subscribers：订阅器，节点接收的消息；
  • /parameter_events：参数变更事件
  • /turtle1/cmd_vel：控制小海龟运动的速度命令；
• Publishers：发布器，节点发送的消息；
  • /parameter_events：参数变更信息；
  • /turtle1/pose：小海龟的位置和姿态（x,y, 角度等）；
  • /turtle1/color_sensor：小海龟下方的颜色；
  • /rosout：日志信息；
• Service Servers： 服务，节点提供的服务（可调用的函数）：
  • /spawn：生成新小海龟；
  • /kill：删除小海龟；
  • /reset：重置模拟；
  • /turtle1/teleport_absolute：传送小海龟到指定位置；
  • /set_pen：设置画笔颜色；
• Action Servers：动作服务器，长时间运行的任务；
  • /turtle1/rotate_absolute：旋转小海龟到指定角度（带反馈）。

3.3 查看话题信息

话题相关命令：

root@NanoPC-T6:/# ros2 topic
usage: ros2 topic [-h] [--include-hidden-topics] Call `ros2 topic <command> -h` for more detailed usage. ...Various topic related sub-commandsoptions:-h, --help            show this help message and exit--include-hidden-topicsConsider hidden topics as wellCommands:bw     Display bandwidth used by topicdelay  Display delay of topic from timestamp in headerecho   Output messages from a topicfind   Output a list of available topics of a given typehz     Print the average receiving rate to screeninfo   Print information about a topiclist   Output a list of available topicspub    Publish a message to a topictype   Print a topic's typeCall `ros2 topic <command> -h` for more detailed usage.

3.3.1 话题列表

查看话题列表：

root@NanoPC-T6:/# ros2 topic list
/parameter_events
/rosout
/turtle1/cmd_vel
/turtle1/color_sensor
/turtle1/pose

3.3.2 话题信息

查看话题信息：

root@NanoPC-T6:/#  ros2 topic info /turtle1/pose
Type: turtlesim/msg/Pose
Publisher count: 1
Subscription count: 0

可以看到存在一个发布者，但是并没有订阅者。查看所有发布此话题的节点：

root@NanoPC-T6:/# ros2 topic info -v /turtle1/pose
Type: turtlesim/msg/PosePublisher count: 1Node name: turtlesim
Node namespace: /
Topic type: turtlesim/msg/Pose
Endpoint type: PUBLISHER
GID: 01.0f.0b.0b.37.bd.b5.9e.00.00.00.00.00.00.1c.03.00.00.00.00.00.00.00.00
QoS profile:Reliability: RELIABLEHistory (Depth): UNKNOWNDurability: VOLATILELifespan: InfiniteDeadline: InfiniteLiveliness: AUTOMATICLiveliness lease duration: InfiniteSubscription count: 0

可以看到发布该话题的节点只有一个，名称为turtlesim。接着查看话题数据类型；

root@NanoPC-T6:/# ros2 interface show turtlesim/msg/Pose
float32 x
float32 y
float32 thetafloat32 linear_velocity
float32 angular_velocity

3.3.3 话题消息

还想看到某一个话题中的消息数据，加上echo子命令试一试：

root@NanoPC-T6:/# ros2 topic echo /turtle1/pose
x: 5.1743059158325195
y: 8.063407897949219
theta: -1.5647412538528442
linear_velocity: 0.0
angular_velocity: 0.0
---
x: 5.1743059158325195
y: 8.063407897949219
theta: -1.5647412538528442
linear_velocity: 0.0
angular_velocity: 0.0
---
x: 5.1743059158325195
y: 8.063407897949219
theta: -1.5647412538528442
linear_velocity: 0.0
angular_velocity: 0.0
---
.....

可以看到小海龟实时的位置变化；

• x：小海龟的X坐标；
• y：小海龟的Y坐标；
• theta： 小海龟的角度（弧度）；
• linear_velocity：线速度；
• angular_velocity：角速度。

3.3.4 发布话题消息

想要控制海龟动起来，我们还可以直接通过命令行发布话题指令：

root@NanoPC-T6:/# ros2 topic pub --rate 1 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 2.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z: 1.8}}"

该命令以每秒1次的频率发布速度命令：

• 线速度：2.0（前进）；
• 角速度：1.8（逆时针旋转）；

可以通过可视化界面看到小海龟在不停地绘制圆形；

3.4 发送服务请求

服务相关命令：

root@NanoPC-T6:/# ros2 service
usage: ros2 service [-h] [--include-hidden-services] Call `ros2 service <command> -h` for more detailed usage. ...Various service related sub-commandsoptions:-h, --help            show this help message and exit--include-hidden-servicesConsider hidden services as wellCommands:call  Call a servicefind  Output a list of available services of a given typelist  Output a list of available servicestype  Output a service's typeCall `ros2 service <command> -h` for more detailed usage.

3.4.1 查看服务列表

root@NanoPC-T6:/# ros2 service list
/clear
/kill
/reset
/spawn
/teleop_turtle/describe_parameters
/teleop_turtle/get_parameter_types
/teleop_turtle/get_parameters
/teleop_turtle/list_parameters
/teleop_turtle/set_parameters
/teleop_turtle/set_parameters_atomically
/turtle1/set_pen
/turtle1/teleport_absolute
/turtle1/teleport_relative
/turtlesim/describe_parameters
/turtlesim/get_parameter_types
/turtlesim/get_parameters
/turtlesim/list_parameters
/turtlesim/set_parameters
/turtlesim/set_parameters_atomically

3.4.2 生成新的小海龟

一只海龟太孤单，仿真器还提供改了一个服务——产生海龟，我们试一试服务调用，再来一只名称为turtle2的海龟：

root@NanoPC-T6:/ros2 service call /spawn turtlesim/srv/Spawn "{x: 2, y: 2, theta: 0.2, name: 'turtle2'}"
waiting for service to become available...
requester: making request: turtlesim.srv.Spawn_Request(x=2.0, y=2.0, theta=0.2, name='turtle2')response:
turtlesim.srv.Spawn_Response(name='turtle2')

通过可视化界面可以看到两只海龟；

3.4.3 删除小海龟

根据名称删除小海龟：

root@NanoPC-T6:/# ros2 service call /kill turtlesim/srv/Kill "{name: 'turtle2'}"
waiting for service to become available...
requester: making request: turtlesim.srv.Kill_Request(name='turtle2')response:
turtlesim.srv.Kill_Response()

3.5 发送动作目标

动作相关命令：

root@NanoPC-T6:/# ros2 action
usage: ros2 action [-h] Call `ros2 action <command> -h` for more detailed usage. ...Various action related sub-commandsoptions:-h, --help            show this help message and exitCommands:info       Print information about an actionlist       Output a list of action namessend_goal  Send an action goalCall `ros2 action <command> -h` for more detailed usage.

3.5.1 查看动作列表

root@NanoPC-T6:/# ros2 action list
/turtle1/rotate_absolute

可以看到只有一个动作/turtle1/rotate_absolute。

3.5.2 查看动作信息

root@NanoPC-T6:/# ros2 action info /turtle1/rotate_absolute
Action: /turtle1/rotate_absolute
Action clients: 1/teleop_turtle
Action servers: 1/turtlesim

其中：

• 动作名称：/turtle1/rotate_absolute；
• 动作客户端：1个 (/teleop_turtle)；
• 动作服务器：1个 (/turtlesim)。

3.5.3 查看动作接口定义

root@NanoPC-T6:/# ros2 interface show turtlesim/action/RotateAbsolute
# The desired heading in radians
float32 theta
---
# The angular displacement in radians to the starting position
float32 delta
---
# The remaining rotation in radians
float32 remaining

动作由三部分组成：

• 目标：客户端发送给服务器的目标值，小海龟应该旋转到的目标角度（弧度）；
• 结果：动作完成后服务器返回的最终结果，实际旋转的角度变化量（弧度）；
• 反馈：动作执行过程中服务器发送的进度反馈，距离目标还有多少角度剩余（弧度）。

3.5.4 发送动作目标

想要让海龟完成一个具体动作，比如转到指定角度，仿真器中提供的这个action可以帮上忙，通过命令行这样发送动作目标：

root@NanoPC-T6:/# ros2 action send_goal /turtle1/rotate_absolute turtlesim/action/RotateAbsolute "theta: 3" --feedback
Waiting for an action server to become available...
Sending goal:theta: 3.0Goal accepted with ID: 4755f5e4fdb0477f991322bf77c8326bFeedback:remaining: -0.13042330741882324Feedback:remaining: -0.11442327499389648Feedback:remaining: -0.09842324256896973Feedback:remaining: -0.08242321014404297Feedback:remaining: -0.06642317771911621Feedback:remaining: -0.05042314529418945Feedback:remaining: -0.034423112869262695Feedback:remaining: -0.01842331886291504Result:delta: 0.1120000034570694Goal finished with status: SUCCEEDED

3.6 录制控制命令

系统运行中的数据有很多，如果想要把某段数据录制下来，回到实验室再复现这段数据如何？

可以使用数据录制和回放工具命令，ROS2中的ros bag功能还是很好用的；

root@NanoPC-T6:/# ros2 bag
usage: ros2 bag [-h] Call `ros2 bag <command> -h` for more detailed usage. ...Various rosbag related sub-commandsoptions:-h, --help            show this help message and exitCommands:convert  Given an input bag, write out a new bag with different settingsinfo     Print information about a bag to the screenlist     Print information about available plugins to the screenplay     Play back ROS data from a bagrecord   Record ROS data to a bagreindex  Reconstruct metadata file for a bagCall `ros2 bag <command> -h` for more detailed usage.

3.6.1 录制话题

实现指定话题的录制：

root@NanoPC-T6:/# ros2 bag record -o turtle_movement /turtle1/cmd_vel
[INFO] [1765117313.984092061] [rosbag2_recorder]: Press SPACE for pausing/resuming
[INFO] [1765117313.986623324] [rosbag2_storage]: Opened database 'turtle_movement/turtle_movement_0.db3' for READ_WRITE.
[INFO] [1765117313.988058552] [rosbag2_recorder]: Listening for topics...
[INFO] [1765117313.988076051] [rosbag2_recorder]: Event publisher thread: Starting
[INFO] [1765117313.990551900] [rosbag2_recorder]: Subscribed to topic '/turtle1/cmd_vel'
[INFO] [1765117313.990713768] [rosbag2_recorder]: Recording...
[INFO] [1765117313.991410237] [rosbag2_recorder]: All requested topics are subscribed. Stopping discovery...
[INFO] [1765117328.404318762] [rosbag2_cpp]: Writing remaining messages from cache to the bag. It may take a while
[INFO] [1765117328.405801822] [rosbag2_recorder]: Event publisher thread: Exiting
[INFO] [1765117328.406032520] [rosbag2_recorder]: Recording stopped

注意：在录制期间我们需要运行ros2 run turtlesim turtle_teleop_key控制小海龟运动起来。

这里我们录制了/turtle1/cmd_vel话题，该话题用于控制小海龟运动的速度命令。

3.6.2 查看录制信息

查看录制文件信息：

root@NanoPC-T6:/# ros2 bag info turtle_movementFiles:             turtle_movement_0.db3
Bag size:          33.0 KiB
Storage id:        sqlite3
Duration:          7.387324657s
Start:             Dec  7 2025 14:21:59.953739314 (1765117319.953739314)
End:               Dec  7 2025 14:22:07.341063971 (1765117327.341063971)
Messages:          112
Topic information: Topic: /turtle1/cmd_vel | Type: geometry_msgs/msg/Twist | Count: 112 | Serialization Format: cdr

3.6.3 回放运动

接着我们进行录制的回放：

root@NanoPC-T6:/# ros2 bag play turtle_movement
[INFO] [1765117535.778685765] [rosbag2_storage]: Opened database 'turtle_movement/turtle_movement_0.db3' for READ_ONLY.
[INFO] [1765117535.778798635] [rosbag2_player]: Set rate to 1
[INFO] [1765117535.785041192] [rosbag2_player]: Adding keyboard callbacks.
[INFO] [1765117535.785139479] [rosbag2_player]: Press SPACE for Pause/Resume
[INFO] [1765117535.785159895] [rosbag2_player]: Press CURSOR_RIGHT for Play Next Message
[INFO] [1765117535.785179144] [rosbag2_player]: Press CURSOR_UP for Increase Rate 10%
[INFO] [1765117535.785197810] [rosbag2_player]: Press CURSOR_DOWN for Decrease Rate 10%
[INFO] [1765117535.786004233] [rosbag2_storage]: Opened database 'turtle_movement/turtle_movement_0.db3' for READ_ONLY.

以上就是ROS2中我们常用的命令啦，每一个命令的子命令还有很多，大家可以自己尝试看看。

四、ROS2开发环境配置

ROS机器人开发肯定离不开代码编写，我们课程中会给大家提供大量示例源码，这些代码如何查看、编写、编译呢？

我们需要先做一些准备，完成开发环境的配置，给大家推荐两款重要的开发工具——VS Code和git。

4.1 git

4.1.1 安装git

root@NanoPC-T6:/# sudo apt install git

4.1.2 下载教程源码

首先创建工作目录：

root@NanoPC-T6:/# mkdir -p /opt/ros2
root@NanoPC-T6:/# cd /opt/ros2

《ROS2入门21讲》课程源码的下载方式：

root@NanoPC-T6:/opt/ros2# git clone https://gitee.com/guyuehome/ros2_21_tutorials.git

下载好的课程代码是这样的，里边有很多文件夹，文件夹中还会有更多文件夹和代码文件；

root@NanoPC-T6:/opt/ros2# ll ros2_21_tutorials/
drwxr-xr-x  3 root root 4096 Dec  7 14:37 docs/
drwxr-xr-x  8 root root 4096 Dec  7 14:37 .git/
-rw-r--r--  1 root root 1255 Dec  7 14:37 Humble与Foxy版本兼容性说明.md
-rwxr-xr-x  1 root root 4912 Dec  7 14:37 install.sh*
drwxr-xr-x  5 root root 4096 Dec  7 14:37 learning_action/
drwxr-xr-x  3 root root 4096 Dec  7 14:37 learning_action_cpp/
drwxr-xr-x  6 root root 4096 Dec  7 14:37 learning_cv/
drwxr-xr-x  9 root root 4096 Dec  7 14:37 learning_gazebo/
drwxr-xr-x  9 root root 4096 Dec  7 14:37 learning_gazebo_harmonic/
drwxr-xr-x  5 root root 4096 Dec  7 14:37 learning_interface/
drwxr-xr-x  7 root root 4096 Dec  7 14:37 learning_launch/
drwxr-xr-x  5 root root 4096 Dec  7 14:37 learning_node/
drwxr-xr-x  3 root root 4096 Dec  7 14:37 learning_node_cpp/
drwxr-xr-x  5 root root 4096 Dec  7 14:37 learning_parameter/
drwxr-xr-x  3 root root 4096 Dec  7 14:37 learning_parameter_cpp/
drwxr-xr-x  2 root root 4096 Dec  7 14:37 learning_pkg_c/
drwxr-xr-x  5 root root 4096 Dec  7 14:37 learning_pkg_python/
drwxr-xr-x  4 root root 4096 Dec  7 14:37 learning_qos/
drwxr-xr-x  5 root root 4096 Dec  7 14:37 learning_service/
drwxr-xr-x  3 root root 4096 Dec  7 14:37 learning_service_cpp/
drwxr-xr-x  6 root root 4096 Dec  7 14:37 learning_tf/
drwxr-xr-x  4 root root 4096 Dec  7 14:37 learning_tf_cpp/
drwxr-xr-x  5 root root 4096 Dec  7 14:37 learning_topic/
drwxr-xr-x  3 root root 4096 Dec  7 14:37 learning_topic_cpp/
drwxr-xr-x  8 root root 4096 Dec  7 14:37 learning_urdf/
drwxr-xr-x  2 root root 4096 Dec  7 14:37 python/
-rw-r--r--  1 root root  527 Dec  7 14:37 README.md

如果用系统自带的文件浏览器和记事本查看，就略显复杂，这里推荐另外一个集成开发环境——VS Code。

4.2 VS Code

Visual Studio code，简称VS Code，是微软在2015年推出的一个轻量但功能强大的源代码编辑器，支持 windows、Linux和 mac os操作系统，扩展组件非常丰富，可以快速搭建成为项目开发的神兵利器。

我们从官方网站(https://code.visualstudio.com/Download)下载deb安装包，注意这里我下载的是ARM64架构；

运行如下命令安装：

root@NanoPC-T6:/home/pi/Downloads# sudo dpkg -i code_1.106.3-1764110883_arm64.deb

安装完成后我们可以通过左下角的菜单找到Visual Studio code，双击打开；

为了便于后续ROS2的开发与调试，我们安装一系列插件，无限扩展VS Code的功能。

4.2.1 中文语言包

如果想将VS Code翻译成中文，那么就安装这个插件；

4.2.2 Markdown All in One

为VS Code提供增强的Markdown支持（快捷键、目录、预览等）；

4.2.3 python插件

让VS Code支持python开发，提供智能编辑和调试功能；

4.2.4 C++插件

让VS Code支持C/C++开发，提供智能编辑和调试功能；

4.2.5 CMake和CMake Tools插件

支持CMake语法，完整的构建、调试、项目管理；

4.2.6 vscode-icons

给VS Code的文件和文件夹添加图标，让项目结构一目了然；

4.2.7 Robotics Developer Environment插件

这是一个VS Code机器人开发扩展包，专门为ROS2开发设计的一整套工具；

4.2.8 Msg Language Support

为ROS的.action、.msg、.srv文件提供语法高亮和基础支持；

4.2.9 GitHub Copilot

安装AI编程助手；

4.2.10 URDF

为VS Code添加.urdf和.xacro文件的基本支持；

[参考文章]

[1] 【古月居】古月·ROS2入门21讲

[2] 古月居ROS2入门教程学习笔记

[3] 神仙级ROS2入门教程(非常详细)，从零基础入门到精通，从看这篇开始

[4] Robot Operating System

[5] ROS问答网站

[6] ROS论坛

[7] ROS功能包存储的数据库

[8] ROS各种资源的一个索引网站