Windows使用ROS机器人操作系统全面资料汇总

0 摘要：

本文以Win10系统中安装使用ROS1Melodic和ROS2Dashing为基础，并通过开源硬件设备Arduino与ROS的通信为示例，具体介绍机器人操作系统ROS1和ROS2的细节。部分内容已经在高校本科课程中进行讲解，详情可搜索：机器人控制器编程。

https://microsoft.github.io/Win-RoS-Landing-Page/#

• ROS官网windows安装文档网址：https://wiki.ros.org/Installation/Windows 

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Arduino：https://blog.csdn.net/ZhangRelay/article/details/104668711

Gazebo：https://blog.csdn.net/ZhangRelay/article/details/104900528

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1 引言：

机器人操作系统ROS，可以被理解为一个特定的应用于机器人领域的物联网（IoT）系统，很多知识点和技能相似相通，学习并掌握这个工具非常重要。ROS接口丰富，并可与OpenCV，OpenAI等多种第三方开源工具结合，开发出新奇实用的各类机器人。

全平台（Windows/Linux/MacOS/……）和全语言（C++/Python/Java/……）是ROS的另一个典型特点。大部分ROS课程基于Ubuntu讲解。本课程从设计之初就考虑到不同平台使用用户特定场景之差异，课程涵盖了Windows/Linux/MacOS。但测试过程并未公开，依据大量反馈，以学生为中心，目标导向和持续改进为内核，课程将全面免费公开Windows版本内容，该版本在测试与反馈中获得较为温和评价，Windows系统目前仍然是国内占有率最高的桌面平台。

课程部分介绍资料参考链接：机器人编程实践-ROS2基础与应用-

必备工具，请安装最新版本

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2 ROS1：

安装：http://wiki.ros.org/Installation/Windows

使用：https://ms-iot.github.io/ROSOnWindows/

中文：https://blog.csdn.net/ZhangRelay/article/details/82928141

注意：中文版本是一年以前写的，现在已经有些变动，将在下文列出。

除了基本教程，还支持服务机器人和工业机械臂。

这些在之前博客中已经详细介绍过了，这里就不再重复了。只列出一些要点：

Windows操作系统

• Windows的ROS1&2需要64位Windows 10桌面或Windows 10 IoT Enterprise。

预留安装空间

• 在继续操作之前，请清理并备份c:\opt下的所有现有数据。

• c:\opt是指定的安装位置。当前未启用重定位。不支持安装在其他位置！！！

• 请确保C:\ 驱动器上有10 GB的可用空间用于安装和开发。

安装路径

安装Visual Studio 2019

为Windows生成ROS项目需要Visual Studio和Windows的Microsoft SDK。

• 下载Visual Studio 2019 （社区版免费）

  • 包括“使用C++桌面开发”工作部件（工作负载）。
  • 如果要构建WinML，请包括“通用Windows应用程序”工作部件。

使用C++的桌面开发

安装到D:

d:

安装Windows软件包管理器

Chocolatey是Windows的程序包管理器。它用于简化安装构建和运行ROS项目所需的工具和库的过程。

• 在“开始”菜单中，找到“ VS 2019 x64本机工具命令提示符”项。
• 右键单击，选择“更多”，然后选择“以管理员身份运行”
• 复制以下命令行：

@"%SystemRoot%\System32\WindowsPowerShell\v1.0\powershell.exe" -NoProfile -InputFormat None -ExecutionPolicy Bypass -Command "iex ((New-Object System.Net.WebClient).DownloadString('https://chocolatey.org/install.ps1'))" && SET "PATH=%PATH%;%ALLUSERSPROFILE%\chocolatey\bin" 

• 将其粘贴到命令窗口中。
• 批准任何提示（确定）
• 完成后，关闭命令提示符以完成安装。

安装Git：

• 如上所述，重新打开Visual Studio命令窗口。
• 即使您已将其安装为应用程序，也请使用此处的命令安装Git。

choco install git -y

• 安装Git之后，请确保ROS命令提示符中现在提供了Git。

git --version

• 如上所述，关闭并重新打开Visual Studio命令窗口。

二进制软件包安装

要为Windows设置ROS，请遵循以下建议步骤：

win10中ros软件包安装

ROS 1最新的（LKG）编译好的安装包-Melodic

要开始，请安装推荐的desktop_full元软件包。元软件包是其他软件包的集合。桌面完全元软件包是指构建，运行，调试和可视化机器人所需的许多其他软件包。

如上所述，以管理员身份打开Visual Studio命令提示符。

choco source add -n=ros-win -s="https://roswin.azurewebsites.net/api/v2" --priority=1
choco upgrade ros-melodic-desktop_full -y --execution-timeout=0

ros-melodic

ROS 2最新的编译好的安装包-Dashing

要开始使用ROS 2，也可以按照类似的步骤从同一Chocolatey Feed中安装ROS 2。

例如，如果要安装最新ROS2 Dashing版本，请打开上面创建的ROS命令提示符，如果尚未打开，请批准管理标高。

choco source add -n=ros-win -s="https://roswin.azurewebsites.net/api/v2" --priority=1
choco upgrade ros-dashing-desktop -y --execution-timeout=0 --pre

请一定，一定，一定测试安装是否成功！！！

ROS1：

roscore

ROS2：

发布 接收

创建ROS命令窗口快捷方式

为了在Windows上使用ROS，需要在每个命令窗口中调用ROS设置脚本。为了将来不会忘记，使用自动执行此操作的ROS快捷方式将很有帮助。

• 为Visual Studio创建一个管理命令行快捷方式：

• 右键单击Windows资源管理器文件夹，选择“新建”>“快捷方式”

• 在快捷方式路径中，根据上面安装的Visual Studio，从以下选项中复制突出显示的命令行：
• 如果使用Community社区版本：

C:\Windows\System32\cmd.exe /k "C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2019\Community\Common7\Tools\VsDevCmd.bat" -arch=amd64 -host_arch=amd64 && c:\opt\ros\melodic\x64\setup.bat

• 如果使用的是Professional：

C:\Windows\System32\cmd.exe /k "C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2019\Professional\Common7\Tools\VsDevCmd.bat" -arch=amd64 -host_arch=amd64 && c:\opt\ros\melodic\x64\setup.bat

• 如果使用的是Enterprise：

C:\Windows\System32\cmd.exe /k "C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2019\Enterprise\Common7\Tools\VsDevCmd.bat" -arch=amd64 -host_arch=amd64 && c:\opt\ros\melodic\x64\setup.bat

• 将快捷方式命名为“ ROS”
• 将该快捷方式设置为管理员
  • 右键单击快捷方式，然后选择“属性”。
  • 选择“快捷方式”选项卡（如果尚未选择）。
  • 按下[进阶]按钮
  • 检查按钮“以管理员身份运行”。
  • 在“高级属性”对话框上按“确定”。
  • 在“ ROS属性”快捷方式对话框上按“确定”。

参考：

ROS1:

C:\Windows\System32\cmd.exe /k "D:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2019\Community\Common7\Tools\VsDevCmd.bat" -arch=amd64 -host_arch=amd64 && c:\opt\ros\melodic\x64\setup.bat

ROS2:

C:\Windows\System32\cmd.exe /k "D:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2019\Community\Common7\Tools\VsDevCmd.bat" -arch=amd64 -host_arch=amd64 && c:\opt\ros\dashing\x64\local_setup.bat

(可选）使用新的Windows终端

Microsoft正在为Windows开发新的开源终端，该终端对内置命令行进行了许多改进，包括选项卡和外观自定义。您可以从Microsoft Store安装它。

为ROS设置终端：

• 从开始菜单中找到Windows终端，右键单击并选择“以管理员身份运行”
• 从添加选项卡（+）按钮旁边的下拉箭头中选择设置。
• 在“配置文件”部分，为ROS添加一个新块。

    "profiles" : 
    [
        {
            "acrylicOpacity" : 0.5,
            "background" : "#012456",
            "closeOnExit" : true,
            "colorScheme" : "Campbell",
            "commandline" : "C:\\Windows\\System32\\cmd.exe /k \"C:\\Program Files (x86)\\Microsoft Visual Studio\\2019\\Community\\Common7\\Tools\\VsDevCmd.bat\" -arch=amd64 -host_arch=amd64 && c:\\opt\\ros\\melodic\\x64\\setup.bat",
            "cursorColor" : "#FFFFFF",
            "cursorShape" : "bar",
            "fontFace" : "Consolas",
            "fontSize" : 10,
            "guid" : "{xxxxx}",
            "historySize" : 9001,
            "icon" : "ms-appx:///ProfileIcons/{0caa0dad-35be-5f56-a8ff-afceeeaa6101}.png",
            "name" : "ROS",
            "padding" : "0, 0, 0, 0",
            "snapOnInput" : true,
            "startingDirectory" : "c:\\ws",
            "useAcrylic" : true
        },

• 使用guid生成器自定义“ guid”条目。
• （可选）在“全局”部分中将此GUId设置为“ defaultProfile”。

{
    "globals" : 
    {
        "alwaysShowTabs" : true,
        "copyOnSelect" : false,
        "defaultProfile" : "{xxxx}",
        ....
    }
}

启动新的Windows终端时，请记住以“以管理员身份运行”，方法是右键单击Windows终端并选择“以管理员身份运行”。在取消此要求之前，需要实施“ 始终运行终端”提升功能请求。

保持最新

如果要更新ROS安装，请使用Chocolatey的升级功能：

打开上面创建的ROS命令提示符，并批准管理海拔（如果尚未打开）。

运行以下命令：

choco upgrade ros-melodic-desktop_full -y --execution-timeout=0

建议添加 --execution-timeout=0 ，以避免由于网络缓慢而导致的chocolatey 安装失败。

3 ROS2：

安装：https://index.ros.org/doc/ros2/Installation/Dashing/Windows-Install-Binary/

使用类似ROS1方式更为简洁，也可以使用源码编译。

ROS1和ROS2在Windows 10中详细安装调试记录参考，如下链接：

Windows安装使用ROS机器人操作系统1&2记录

安装配置完成后，可以直接与Linux或MacOS中的ROS通讯互联，也可以连接丰富外部设备。

4 Ardurno：

什么是Arduino？（课程包含avr和arm）

Arduino是一个基于易于使用的硬件和软件的开源电子平台。 Arduino开发板能够读取传感器上输入，控制灯，按钮或Twitter消息-并将其转换为输出-启动电动机，打开LED并在线发布内容。可以通过向板上的微控制器发送一组指令来告诉该怎么做。为此，可以使用Arduino编程语言（基于Wiring）和Arduino软件（IDE）（基于Processing）。

多年来，Arduino一直是数千个项目的大脑，从日常对象到复杂的科学仪器。这个开放源代码平台聚集了世界各地的开发人员社区，包括学生，业余爱好者，艺术家，程序员和专业人士，他们的贡献积累了无与伦比的可访问性知识，对新手和专家都可以提供极大的帮助。

Arduino出生于Ivrea交互设计学院，是一种快速原型制作的简便工具，主要面向没有电子和编程背景的学生。Arduino板一旦进入更广泛的社区，便开始进行更改以适应新的需求和挑战，将其产品从简单的8位板扩展到IoT应用，可穿戴，3D打印和嵌入式环境的产品。所有Arduino开发板都是完全开源的，使用户能够独立构建它们，并最终使它们适应其特定需求。该软件也是开源的，并且通过全球用户的贡献而不断发展。

为什么选择Arduino？

由于其简单易用的用户体验，Arduino已用于数千个不同的项目和应用程序中。Arduino软件对于初学者来说易于使用，但对于高级用户而言足够灵活。它可以在Mac，Windows和Linux上运行。老师和学生使用它来构建低成本的科学仪器，证明化学和物理原理，或开始编程和机器人技术。设计师和建筑师构建交互式原型，音乐家和艺术家将其用于安装并尝试新的乐器。例如，制造商当然会使用它来构建在Maker Faire上展出的许多项目。Arduino是学习新事物的关键工具。任何人-儿童，业余爱好者，艺术家，程序员-都可以按照套件的逐步说明进行修补，

还有许多其他微控制器和微控制器平台可用于物理计算。Parallax Basic Stamp，Netmedia的BX-24，Phidg​​ets，MIT的Handyboard以及许多其他产品都提供了类似的功能。所有这些工具都采用了微控制器编程的繁琐细节，并将其包装在易于使用的程序包中。Arduino还简化了使用微控制器的过程，但与其他系统相比，它为教师，学生和感兴趣的业余爱好者提供了一些优势：

• 便宜 -与其他微控制器平台相比，Arduino板相对便宜。可以手动组装最便宜的Arduino模块版本，甚至预组装的Arduino模块的价格也不到50美元
• 跨平台 -Arduino软件（IDE）在Windows，Macintosh OSX和Linux操作系统上运行。大多数微控制器系统仅限于Windows。
• 简单，清晰的编程环境 -Arduino软件（IDE）对于初学者来说易于使用，但足够灵活，高级用户也可以利用。对于老师来说，它很方便地基于处理编程环境，因此学习在该环境中进行编程的学生将熟悉Arduino IDE的工作方式。
• 开源和可扩展软件 -Arduino软件作为开源工具发布，可供经验丰富的程序员进行扩展。可以通过C ++库扩展该语言，并且希望了解技术细节的人们可以从Arduino过渡到基于该语言的AVR C编程语言。同样，您可以根据需要将AVR-C代码直接添加到Arduino程序中。
• 开源和可扩展的硬件 -Arduino开发板的计划是在Creative Commons许可下发布的，因此经验丰富的电路设计人员可以制作自己的模块版本，进行扩展和改进。甚至相对没有经验的用户也可以构建该模块的试验板版本，以了解其工作原理并节省资金。

如何使用Arduino？

请参阅入门指南。如果您正在寻找灵感，可以在Arduino Project Hub上找到各种各样的教程。

Arduino入门指南的文本已获得 Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License的许可。该指南中的代码示例已发布到公共领域。

安装：https://www.arduino.cc/en/Main/Software

选择windows版本直接安装即可使用，在库中可以直接安装加载ROS库。

win10 ros2 arduino

5 Webots：

为什么选择Webots？

Webots是一个开放源代码的机器人模拟仿真器，它提供了完整的开发环境来对机器人进行建模，编程和仿真。全球数以千计的机构将其用于研发和教学。自1996年以来，Webots由洛桑的瑞士联邦理工学院联合开发，经过全面测试，充分记录并持续维护。它是快速获得专业成果的最有效解决方案，包括：

• 复杂机器人系统的开发 -从头开始快速原型制作 
• 模拟无人驾驶汽车 -配备传感器并与环境互动 
• 验证新的机器人技术 —深度学习，进化算法，多智能体等。 
• 训练练习的设置 -用于机器人教室 通过操纵杆，驱动轮，踏板和VR接口
• 对飞行员进行培训 直接向您的客户
• 提供定制的仿真

Webots功能

• 精确的物理仿真模拟 -逼真的模拟依赖于已校准的模型 
• 机器人，传感器，执行器和对象库 -模拟的构建块 
• 导入/导出 — CAD模型，OpenStreetMap，电影，Web 
• API和插件 -编程语言，集成的IDE，场景树编辑器 
• 多平台 -Windows，Linux，macOS（以及更多）

投资组合：基于Webots

• 行业 -他们在研发，测试和应用程序中使用Webots 
• 学术界 -他们与Webots一起进行教学和研究 
• 咨询 -我们为他们提供自定义的Webots模拟 
• 欧洲研究部 -我们以财团成员的身份为他们提供专业知识

开始使用

请遵循以下步骤以熟练掌握Webots：

1. 在Webots中学习3D导航： Viewpoint Control [在线模拟]。
2. 用Python编程机器人： 机器人编程 [在线模拟]。
3. 探索更多高级编程： robotbenchmark.net [在线模拟]。
4. 下载，安装Webots并遵循《 Webots用户指南》的教程。
5. 运用Cyber​​botics机器人课程进一步学习。

安装：https://www.cyberbotics.com/#download

选择windows版本，免费版本无服务支持。

6 V-Rep：

具有集成开发环境的机器人模拟仿真器V-REP基于分布式控制体系结构：每个对象/模型都可以通过嵌入式脚本，插件，ROS或BlueZero节点，远程API客户端或自定义进行单独控制解。这使得V-REP非常通用，非常适合多机器人应用。控制器可以用C / C ++，Python，Java，Lua，Matlab或Octave编写。

V-REP用于快速算法开发，工厂自动化仿真，快速原型制作和验证，机器人技术相关的教育，远程监控，安全性双重检查以及数字孪生等等。可以在此处找到功能概述。

安装：http://coppeliarobotics.com/downloads.html

7 Matlab：

官网：https://ww2.mathworks.cn/products/matlab.html

8 ……

待完善……

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依据反馈更新修正，感谢~

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