ROS学习笔记#基础篇#（一）——搭建ROS开发环境

一、安装Ubuntu

1、Ubuntu以及ROS版本的选择

ROS原本只支持在Linux系统上安装部署，而近期开始推出Windows版本，但还不够完善，所以首选开发平台仍是Ubuntu，并且ROS的每个版本都有一个最佳适配的Ubuntu版本。如下表所示：

ROS版本	推荐Ubuntu版本
Melodic	Ubuntu 18.04
Lunar	Ubuntu 17.04
Kinetic	Ubuntu 16.04
Jade	Ubuntu 15.04
Indigo	Ubuntu 14.04

更多详细信息见ROS官方网站。
目前来说，Kinetic版本是使用者最多的ROS版本，网上的参考资料更丰富，也就更适合新手入门，故Ubuntu版本选择16.04，见Ubuntu官网下载。

2、Ubuntu安装方法

安装方法常见为虚拟机安装和本地安装（包括双系统）。虚拟机方式方便快捷，但是如果你想进行ROS仿真（如Gazebo工具），这些仿真工具对显卡性能有一定的要求，而虚拟机无法发挥显卡应有的性能，所以仿真时容易卡顿。
对于新手而言，利用仿真工具进行ROS学习可以降低学习成本；对与老手而言，利用仿真工具可以快速验证算法。所以这里推荐本地安装，并推荐一个U盘启动盘制作工具——YUMI，你可以根据官方教程进行安装操作。
此外，安装Ubuntu时，建议不要联网，语言推荐选择英语，这是因为外文资料更丰富，报错信息更方便Google。

3、Ubuntu工具软件安装

以下工具并非必需，但可以提高开发效率。安装前请确保你已经正确安装Ubuntu，安装时需要使用自带的dpkg命令。

• 中文输入法

上文虽然推荐你Ubuntu语言使用英语，但写代码时使用中文注释肯定更方便。这里推荐Linux版本的搜狗输入法，虽然Windows版本的搜狗输入法有很多广告，但是Linux版本是很简洁的，安装教程见Ubuntu系统安装搜狗输入法详细教程。

• 文本编辑器

对于大佬而言，Linux环境下最佳文本编辑器也许是Vi/Vim，但对于新手而言，入门门槛过高，这里推荐微软的开源编辑器——VS Code，功能强大，插件丰富。推荐安装插件——语言包（Chinese）、ROS、C/C++、Python、GitLens，其它插件根据需要进行安装。

• 终端增强工具

虽然Ubuntu自带的终端工具（组合快捷键Ctrl + Alt + T启动）已经很强大，但是ROS开发过程中，往往需要多窗口同时显示，这里推荐Terminator，安装教程见terminator 安装与配置。
以下为我的配置：

[global_config]
  enabled_plugins = CustomCommandsMenu, TestPlugin, ActivityWatch, TerminalShot, MavenPluginURLHandler
  title_inactive_bg_color = "#820f49"
  title_hide_sizetext = True
[keybindings]
[layouts]
  [[default]]
    [[[child1]]]
      parent = window0
      profile = default
      type = Terminal
    [[[window0]]]
      parent = ""
      type = Window
[plugins]
[profiles]
  [[default]]
    background_color = "#2e2f31"
    background_darkness = 0.86
    background_type = image
    copy_on_selection = True
    cursor_color = "#eee8d5"
    font = Ubuntu Mono 13
    foreground_color = "#f3f0e7"
    scroll_on_output = False
    scrollback_lines = 50000
    use_system_font = False
  [[New Profile]]
    background_image = None

常用的快捷键包括：
Ctrl + Alt + T （启动终端）
Ctrl + Shift + O（水平开新窗口）
Ctrl + Shift + E（垂直开新窗口）
Ctrl + Shift + W（关闭当前窗口）
Alt + Up / Down / Right / Left （依据方向切换窗口）

• PDF阅读器

很多参考资料以PDF文档的形式提供，而Ubuntu自带的PDF阅读器并不好用，这里推荐国产PDF阅读器——福昕PDF阅读器，下载时选择Linux版本。

• 视频播放器

Ubuntu自带的视频播放器缺乏一些解码器，虽然可以通过安装插件使其功能正常，但是这里推荐MPV播放器，这是一个免费、开源和跨平台的媒体播放器。该播放器大部分操作通过快捷键完成，可以参考官方手册。

二、安装ROS

下文参考ROS官方Wiki与《机器人操作系统入门》课程讲义，并以Ubuntu 16.04安装ROS Kinetic为例。

1、配置Ubuntu

打开 System Setting => Software & Updates => Ubuntu Software ，配置Ubuntu允许 “restricted”、“universe” 和 "multiverse"这三种安装模式。ROS官方推荐软件源设置为中国科技大学（USTC）或清华大学（Tsinghua），这里将软件源切换成中科大的源，如图所示：

2、添加sources.list

$ 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'

这一步配置将镜像添加到Ubuntu系统源列表中，建议使用国内的镜像源，这样能够保证下载速度。本例使用的是中国科技大学的源。

3、添加keys

$ sudo apt-key adv --keyserver hkp://ha.pool.sks-keyservers.net:80 --recv-key 421C365BD9FF1F717815A3895523BAEEB01FA116

公钥是Ubuntu系统的一种安全机制，也是ROS安装中不可缺的一部分。

4、系统更新

$ sudo apt-get update && sudo apt-get upgrade

更新系统，确保自己的Ubuntu软件包和索引是最新的。

5、安装ROS

在ROS中，有很多不同的库和工具，官方提供了四种默认的安装方式，这里使用桌面完整版安装方式。

• 桌面完整版（推荐）：包含ROS、rqt、rviz、机器人通用库、2D/3D 模拟器、导航以及2D/3D感知等。

$ sudo apt-get install ros-kinetic-desktop-full

• 桌面版安装： 包含ROS、rqt、rviz以及通用机器人函数库。

$ sudo apt-get install ros-kinetic-desktop

• 基础版安装：包含ROS核心软件包、构建工具以及通信相关的程序库，无GUI工具。

$ sudo apt-get install ros-kinetic-ros-base

• 单个软件包安装： 你也可以安装某个指定的ROS软件包（使用软件包名称替换掉下面的PACKAGE）:

$ sudo apt-get install ros-kinetic-PACKAGE

6、配置ROS

6.1、初始化 rosdep

rosdep可以方便在你需要编译某些源码的时候为其安装一些系统依赖，同时也是某些ROS核心功能组件所必需用到的工具。

$ sudo rosdep init
$ rosdep update

6.2、环境配置

每次打开一个新的终端时都需要重新配置ROS环境变量：

$ source ~/.bashrc

如果每次打开新的终端ROS环境变量都能够自动配置好（即添加到~/.bashrc文件中），那将会方便很多：

$ echo "source /opt/ros/kinetic/setup.bash" >> ~/.bashrc
$ source ~/.bashrc

或者直接使用Vi/Vim编辑~/.bashrc文件，在文件末尾增加source /opt/ros/kinetic/setup.bash。

$ vi ~/.bashrc

6.3、构建库依赖

rosinstall是一个经常使用的命令行工具，它使你能够轻松地从一个命令下载许多ROS包的源码树。

$ sudo apt-get install python-rosinstall python-rosinstall-generator python-wstool build-essential

7、 测试ROS

7.1、启动ROS

$ roscore

如果出现下图，那么说明ROS已经正常启动。

7.2、运行Turtle例程

启动roscore后，重新打开一个终端窗口，输入：

$ rosrun turtlesim turtlesim_node

屏幕上会出现一只小海龟（每次运行显示的海龟形状是不一样的），那么该怎么样来操纵这只小海龟呢？重新打开新的一个终端，输入:

$ rosrun turtlesim turtle_teleop_key

将鼠标聚焦在运行turtle_teleop_key的终端窗口上，然后通过键盘上的方向键，进行操作小海龟，如下图。

至此，ROS已经能够正常启动运行。若要停止运行，依次在各个终端中按Ctrl + C即可。

三、创建ROS工作空间

下面我们开始在用户空间下创建一个catkin工作空间：

$ mkdir -p ~/catkin_ws/src
$ cd ~/catkin_ws/src

即使这个工作空间是空的（在src目录中没有任何软件包，只有一个CMakeLists.txt链接文件），你依然可以编译它：

$ cd ~/catkin_ws/
$ catkin_make

catkin_make命令在catkin工作空间中是一个非常方便的工具。如果你查看一下当前目录应该能看到build和devel这两个文件夹。在devel文件夹里面你可以看到几个setup.*sh文件。source这些文件中的任何一个都可以将当前工作空间设置在ROS工作环境的最顶层，想了解更多请参考catkin文档。
编译完成后必须刷新一下工作空间的环境，否则可能找不到工作空间。

• 方法一：通过source命令：

$ cd ~/catkin_ws/
$ source devel/setup.bash

• 方法二：通过rospack命令：

$ cd ~/catkin_ws/
$ rospack profile

同上文，如果每次打开新的终端可以自动进行刷新配置，那是非常方便的，可以把 source ~/catkin_ws/devel/setup.bash 命令追加到 ~/.bashrc 文件中：

$ echo "source ~/catkin_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc

到此你的工作环境已经搭建完成。

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ROS学习资源推荐：
[1] ROS Wiki
[2] 古月居博客 推荐阅读ROS探索总结专栏
[3] 机器人操作系统入门(MOOC课程)

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