windows10中安装和使用ROS2+python

ROS称为机器人操作系统，是开发智能机器人的极具生产力的工具，主要用于仿真验证、代码部署。ROS已经从ROS1发展到ROS2，而ROS2才真正实现了分布式通信。如果现在开始学的话，建议最好直接上手ROS2。ROS2支持多开发语言，当然了，在算法开发语言中，Python绝对是一个最佳的选择，因为它是脚本语言，调试时无需编译，各种工具包层出不穷，所以开发起来十分方便。

作为懒人，实在懒得折腾linux+ROS2，所以本文主要介绍如何在windows10中安装ROS2，以及如何编写简单的python发布和订阅程序。

一、安装python和pycharm

1. 在windows10中安装python，网上教程实在太多了，不多介绍。

2. 在windows10中安装pycharm，这是python的IDE（集成开发环境），编辑python代码之用，当然用别的IDE如vscode也是可以的。网上教程也很多，不再赘述。

二、安装ROS2

1. 在windows10中安装Chocolatey，方法是打开cmd，输入如下指令。这里解释一下，Chocolatey是windows下的包管理工具，类似linux下的apt-get，有了它可以直接从网上下载和安装软件包。

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

测试一下Chocolatey是否安装成功，在cmd中输入 choco，正常的话会得到如下反馈。

2. 利用choco安装ROS2，方法是在cmd中输入如下指令。有的博主说，要先建立c:\opt\chocolatey目录，并设置2个环境变量，以我的经验看并不需要，设置错了反而很难排故。

choco source add -n=ros-win -s="https://aka.ms/ros/public" --priority=1
choco upgrade ros-foxy-desktop -y --execution-timeout=0

等待约半个小时，ROS2就安好了，成功的话有下图那样的提示。

3. 测试一下小乌龟demo，输入命令:

call C:\opt\ros\foxy\x64\local_setup.bat  %%不可省略，这是调用ros2的命令，否则下一句报错
ros2 run turtlesim turtlesim_node

再打开一个cmd，输入命令：

call C:\opt\ros\foxy\x64\local_setup.bat  %%不可省略，这是调用ros2的命令，否则下一句报错
ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

小乌龟就跑起来了，turtlesim_node节点是仿真节点，turtle_teleop_key节点是键盘节点，二者通过订阅和发布，完成通信。这也是ROS2的主要作用。

4. 如果我们需要查看ROS2节点下有哪些话题，可以新开一个cmd输入：

call C:\opt\ros\foxy\x64\local_setup.bat  %%不可省略，这是调用ros2的命令，否则下一句报错
ros2 topic list

如果你的小乌龟窗口还没关的话，会显示如下：

Ok，ROS2安装正常！下面我们的python就要登场了！

三、 用python创建发布和订阅节点

1. 新建一个工作目录，打开cmd，cd到这个目录下，然后输入如下指令来创建功能包：

call C:\opt\ros\foxy\x64\local_setup.bat
ros2 pkg create 功能包名称 --build-type ament_python --dependencies rclpy

我们的基于python的ros功能包就建好了，如下图，我的功能包叫dmrta_pkg。可以亲自到目录下看一看，ros2都帮我们创建了哪些模板文件。

2. 建好了功能包，就要建立节点了。用pycharm打开我们的功能包作为项目，在功能包的同名文件夹下新建.py文件，我这里建立了2个，文件名分别为talker.py和listener.py。在其中写入函数（比如我这里的main函数），过后我们会用它配置节点的入口函数。注意二者的topic必须一致才能对话。

# talker.py

import rclpy
from rclpy.node import Node
from std_msgs.msg import String  # 载入String的msg类型


class TALKER(Node):
    def __init__(self, name, topic):
        # 初始化
        super().__init__(name)
        # 创建发布节点
        self.publisher = self.create_publisher(String, topic, 10)
        self.get_logger().info("TALKER: I'm publisher %s, I have topic '%s'" % (name, topic))
        # 创建定时器
        self.timer = self.create_timer(1.0, self.timer_callback)

    # 定时发布
    def timer_callback(self):
        msg = String()
        msg.data = 'The talker is publishing ...'
        self.publisher.publish(msg)  # 发布消息msg


def main():
    # 初始化
    rclpy.init()
    # 创建发布节点
    node = TALKER(name='talker_node', topic='our_topic')
    # 死循环
    rclpy.spin(node)
    # 关闭
    node.destroy_node()
    rclpy.shutdown()

# listener.py

import rclpy
from rclpy.node import Node
from std_msgs.msg import String


class LISTENER(Node):
    def __init__(self, name, topic):
        # 初始化
        super().__init__(name)
        # 创建发布节点
        self.subscriber = self.create_subscription(String, topic, self.receive_callback, 10)
        self.get_logger().info("LISTENER: I'm listener %s, I subscribed topic %s" % (name, topic))
        #
        self.n_receive = 0

    # 订阅器都是通过回调函数来实现对应功能，callback()内部完成对应实现
    def receive_callback(self, msg):
        self.n_receive += 1
        self.get_logger().info("%d I heard %s" % (self.n_receive, msg.data))


def main():
    # 初始化
    rclpy.init()
    # 创建订阅节点
    node = LISTENER(name="listener_node", topic='our_topic')
    # 死循环
    rclpy.spin(node)
    # 关闭
    rclpy.shutdown()  

3. 在工作空间的功能包目录下找到setup.py，修改entry_points，加入想加入的节点，并指定节点的入口函数。这样ROS2就知道有几个节点，每个节点该从哪里执行了。

    entry_points={
        'console_scripts': [
            'talker_node=dmrta_pkg.talker:main',
            'listener_node=dmrta_pkg.listener:main'
        ],

4. 编写完毕，接下来是编译，使用colcon命令。有博主说必须要安装visual studio，其实不需要的。我们安装ROS2的时候已经自带了。cd到工作空间下，输入命令：

call C:\opt\ros\foxy\x64\local_setup.bat  %%如果ros2已经运行起来了，可不输入这句
colcon build --symlink-install %%使用--symlink-install的目的是使用符号连接，这样修改python文件后会直接生效，而无需再次编译

编译成功！去工作目录下观察一下colcon都给我们生成了哪些文件。注意\install\local_setup.bat这个文件十分重要，启动节点时必须先启动它一下，才能让功能包的环境变量生效。

5. 接下来测试我们生成的那两个节点。新开两个cmd，分别输入命令：

call C:\opt\ros\foxy\x64\local_setup.bat
call 你的工作区目录\install\local_setup.bat  %% 注意这里替换
ros2 run dmrta_pkg talker_node

call C:\opt\ros\foxy\x64\local_setup.bat
call 你的工作区目录\install\local_setup.bat  %% 注意这里替换
ros2 run dmrta_pkg listener_node

ok没问题，成功通信！那剩下就是编程的事了。

6. 有个问题就是程序修改后，必须重新编译才行生效。那每次输入编译指令岂不是很麻烦？懒人的做法是做成批处理文件，把下面3句保存成.bat，放在工作空间，每次双击就好。

:: 启动ROS2
call C:\opt\ros\foxy\x64\local_setup.bat
:: 编译当前工作空间内的所有pkg
colcon build --symlink-install
:: 
pause

总结

1. window10装ROS2没问题，而且很简单；

2. ROS2对python的支持没问题，而且很简洁。

展望

1. cmd是windows原生工具，用起来很麻烦，也不美观，推荐使用WindowsTerminal。