ROS2 入门实战 —— 从环境搭建到第一次控制小乌龟（一）

第1天：ROS2入门实战——从环境搭建到第一次控制小乌龟

作为一名搞了多年开发的工程师，ROS环境搭建时的各种“玄学报错”。刚接触ROS2就卡在第一步，要么虚拟机配置不对，要么依赖装不全，最后硬生生把兴趣磨没了。今天这篇就带大家从零开始，用最稳的流程搭好ROS2开发环境，再通过控制小乌龟的实战，直观感受ROS2的核心逻辑——全程避开我踩过的坑。

上午：把基础环境搭“稳”——Ubuntu+ROS2

一、先装Ubuntu 22.04：选对工具少走弯路

ROS2 Humble官方推荐的系统是Ubuntu 22.04 LTS（长期支持版），这是经过无数开发者验证的“黄金搭配”，别贪新用更高版本，也别用旧版本，否则后续装依赖时会遇到各种兼容性问题。

1. 准备工具：免费且稳定的组合

• 虚拟机软件：优先选VMware Workstation Player（非商业用途免费），官网直接下Windows版就行。别用VirtualBox，不是说它不好，而是ROS2里有些硬件仿真功能（比如Gazebo）在VMware里更稳定，我当年用VirtualBox跑仿真时总卡闪退。
• Ubuntu镜像：一定要下桌面版（desktop），别下服务器版（server）——新手没图形界面根本玩不转。国内直接用中科大镜像源（速度比官网快10倍），找ubuntu-22.04-desktop-amd64.iso这个文件，名字里带“amd64”的才是64位，现在没人用32位系统了。
• 可选但建议做：校验镜像完整性。下载页面里有个SHA256SUMS文件，下下来后在Windows命令行里执行sha256sum 你的镜像路径，对比输出的哈希值和文件里的一致，说明镜像没损坏——我当年就是下了个损坏的镜像，装到一半卡死，排查了两小时才发现问题。

2. 装虚拟机：这几个设置别错

很多新手装Ubuntu时，要么磁盘给太小，要么分区选错，后续编译大项目时直接报错。按我这个步骤来：

1. 打开VMware，点“创建新虚拟机”，选“安装程序光盘映像文件”，找到你下的Ubuntu镜像，系统会自动识别“Ubuntu 64位”——如果没识别出来，说明你下的镜像不对，别硬装。
2. 填用户信息时，“用户名”建议设成ros2（简单好记，后续输命令少出错），密码设个简单的（比如123456），虚拟机里不用搞太复杂的密码，不然每次sudo都要输半天。
3. 关键设置：虚拟机名称叫Ubuntu22.04-ROS2（一眼知道是干啥的），安装位置选非系统盘（比如D盘），磁盘大小给80GB以上，再选“将虚拟磁盘拆分成多个文件”——这样后续想把虚拟机拷贝到其他电脑也方便。
4. 启动后按提示安装，“安装类型”直接选“清除整个磁盘并安装Ubuntu”（虚拟机里这么选很安全，不会影响你电脑本身的系统），时区选“上海”，等着就行，大概20分钟装完。

3. 装完先优化：解决“看着难受”的问题

• 调分辨率：刚装完的Ubuntu可能分辨率很低，字体模糊。在桌面空白处右击，选“显示设置”，把分辨率调到1920×1080（根据你电脑屏幕来），应用后瞬间清爽。
• 装VMware Tools：这步能实现“主机和虚拟机之间拖文件”“共享文件夹”，太实用了。点虚拟机菜单栏的“Player”→“管理”→“安装VMware Tools”，Ubuntu里会弹出一个CD驱动器，把里面的VMwareTools-xxx.tar.gz复制到桌面，解压后打开终端，cd到解压目录，执行sudo ./vmware-install.pl，一路按回车就行——中间问“是否接受”就输“yes”，别犹豫。

二、装ROS2 Humble：用“一键脚本”避开90%的坑

手动装ROS2要配源、装依赖、初始化rosdep，步骤多且容易错（比如rosdep更新超时）。我现在装环境都用小鱼的一键脚本，这是国内ROS社区最火的工具，把复杂步骤全自动化了，新手闭眼用就行。

1. 一键安装：复制粘贴就行

打开终端（快捷键Ctrl+Alt+T，记熟这个！后续天天用），粘贴这条命令：

wget http://fishros.com/install -O fishros && . fishros

输完按回车，会提示你输密码（就是你装Ubuntu时设的密码），输的时候终端不会显示字符，正常输完回车就行。

接下来按提示选：

• 先输“1”，选“一键安装ROS”；
• 脚本会问“是否更换系统源”，直接输“y”——国内源比国外源快10倍，不然装依赖能卡一小时；
• 选ROS2版本时，找“Humble”对应的编号（脚本会列出来，通常是2或3），再选“桌面版”（包含RVIZ2、Gazebo这些可视化工具，新手必须装）。

然后就等着，网络好的话15分钟搞定，期间不用管——我当年手动装时，光rosdep更新就卡了三次，用脚本一次过。

2. 验证安装：别等报错了才发现问题

装完先别急着关终端，执行这条命令：

source /opt/ros/humble/setup.bash

这行命令的作用是“加载ROS2的环境变量”——ROS2的命令（比如ros2）只有加载了环境变量才能用。然后输ros2，如果显示一堆命令提示（比如ros2 node、ros2 topic），说明装成功了。

关键一步：把环境变量设为自动加载。不然每次打开新终端都要输一遍source，太麻烦。执行：

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

这样下次打开终端，ROS2环境就自动加载了——我当年忘了这步，第二天打开终端输ros2没反应，还以为环境坏了，白慌了半小时。

三、必学的Linux命令：ROS开发的“基本功”

ROS2的所有操作都要在Linux终端里做，这几个命令是每天都要用的，记熟了比啥都强。

1. 文件操作：管理你的代码

• ls：看当前目录下有啥文件/文件夹。ls -l能看详细信息（比如文件大小、权限），ls -a能看到隐藏文件（比如.bashrc）；
• cd：切换目录。cd ~直接回到你的主目录（比如/home/ros2），cd ..回到上一级目录，cd 文件夹名进指定文件夹——比如你要进src目录，就输cd src；
• mkdir：创建文件夹。mkdir test建一个叫test的文件夹，mkdir -p a/b/c能一次性建多层文件夹（比如a里面有b，b里面有c），不用一层一层建；
• rm：删除。rm 文件名删文件，rm -rf 文件夹名删文件夹（注意！这个命令删了就找不回来，别乱输，我当年误删过整个工作空间，哭了）。

2. 系统管理：装软件、更依赖

• sudo：获取管理员权限。比如sudo apt update是更新软件源列表，sudo apt install 软件名是装软件（比如装git就输sudo apt install git）；
• pwd：看当前在哪个目录。有时候cd来cd去忘了位置，输pwd就清楚了；
• mv/cp：移动和复制。mv 旧文件名 新文件名是重命名，cp 文件名 目标目录是复制文件。

3. rosdep配置：解决依赖的“神器”

ROS2里每个功能包都有依赖（比如A包要用到B包的函数），rosdep能自动装这些依赖。小鱼脚本里自带了rosdepc（国内版rosdep，更新快），配置很简单：
再执行一次小鱼脚本（wget http://fishros.com/install -O fishros && . fishros），选“3”（一键配置rosdep），等着脚本跑完，输rosdepc update，显示“update successful”就成了。后续你自己写功能包时，用rosdepc install --from-paths src --ignore-src -r -y就能自动装所有依赖，不用手动一个个找。

下午：从“理论”到“动手”——理解ROS2核心逻辑

上午搭好了环境，下午咱们直接动手——通过控制小乌龟的实战，把“节点”“功能包”这些抽象概念变具体。ROS2的核心不是记命令，而是理解“怎么让不同模块通信”，小乌龟例子就是最直观的入门案例。

一、先搞懂ROS2的“三大件”：节点、功能包、工作空间

很多新手一上来就记命令，却不知道这些命令是在操作啥。其实ROS2的代码组织逻辑很简单，就三个核心概念：

1. 节点（Node）：最小的“功能单元”

你可以把节点理解成“一个专门干一件事的小程序”。比如控制小乌龟时，有两个节点：

• turtlesim_node：负责显示小乌龟和仿真环境（相当于“显示屏”）；
• turtle_teleop_key：负责把你按的键盘方向键，转换成控制小乌龟的指令（相当于“遥控器”）。

为啥要分节点？比如你做一个扫地机器人，总不能把“激光雷达处理”“路径规划”“电机控制”全写在一个程序里——万一电机控制模块出问题，整个机器人都得停。分节点后，某个节点坏了，其他节点还能正常工作，排查问题也方便。

2. 功能包（Package）：装节点代码的“文件夹”

节点的代码不能乱存，得放在功能包里。一个功能包就像一个“工具箱”，里面除了节点源码，还有编译配置（CMakeLists.txt）、依赖声明（package.xml）这些文件。比如你写一个“激光雷达数据处理”节点，就把相关代码都放进一个叫lidar_process的功能包里。

功能包分两种：ament_cmake（装C++代码）和ament_python（装Python代码），新手先记着这个区别就行，后续写代码时会用到。

3. 工作空间（Workspace）：放多个功能包的“大仓库”

一个机器人项目可能有十几个功能包（比如“底盘控制”“导航”“语音交互”），这些功能包要放在一个统一的目录里，这个目录就是工作空间。标准的工作空间结构有四个文件夹：

• src：放所有功能包的源码（核心目录，你写的代码都在这）；
• build：编译时生成的中间文件（不用管，编译完可以删）；
• install：编译后的可执行文件（比如节点的运行程序就在这）；
• log：运行日志（出问题时查日志找原因）。

创建工作空间的命令很固定：mkdir -p 工作空间名/src，比如mkdir -p my_ws/src，后面加-p是为了一次性创建my_ws和里面的src，不用分两次建。

二、ROS2比ROS1好在哪？新手不用深学，但要知道

我当年从ROS1转到ROS2时，最直观的感受就是“稳了”。ROS2解决了ROS1的几个致命问题，新手不用深究技术细节，但要知道这些优势，后续遇到问题才不慌：

• 没有“主节点”了：ROS1有个“主节点（Master）”，所有节点通信都要经过它，一旦Master挂了，整个机器人就瘫了——我当年做室外测试时，就因为Master突然崩溃，机器人在原地打转，差点撞墙。ROS2取消了Master，节点之间直接通信（基于DDS中间件），就算某个节点坏了，其他节点该干啥干啥。
• 跨平台了：ROS1只能在Linux上跑，ROS2能在Windows、macOS甚至嵌入式系统（比如机器人的单片机）上跑。我去年给一个客户做的项目，就是在Windows上跑ROS2节点，对接他们的视觉软件，要是搁ROS1根本做不了。
• 编译工具更灵活：ROS1用catkin_make，ROS2用colcon build。比如你工作空间里既有C++功能包又有Python功能包，colcon build能一次编译完，不用分开处理。

三、实战：控制小乌龟——感受ROS2的“通信”

光说不练假把式，咱们现在就启动两个节点，让它们通信起来，控制小乌龟动起来。

1. 启动节点，看节点列表

• 打开第一个终端，输ros2 run turtlesim turtlesim_node——这会启动小乌龟的仿真节点，弹出一个蓝色窗口，里面有只小乌龟。别关这个终端，一关节点就停了。
• 再打开第二个终端，输ros2 node list——这命令能列出当前运行的所有节点，你会看到输出/turtlesim，这就是刚才启动的仿真节点的名字。

2. 看节点详情，知道它在和谁通信

输ros2 node info /turtlesim，会看到一堆信息，比如“订阅的话题”“发布的话题”“提供的服务”。简单说：

• 这个节点订阅了/turtle1/cmd_vel话题——相当于它在“听”这个话题的消息，只要有消息发过来，就按消息内容控制小乌龟动；
• 它还发布了/turtle1/pose话题——相当于它在“说”小乌龟的位置信息（比如x坐标、y坐标），其他节点想知道小乌龟在哪，就“听”这个话题。

3. 启动键盘控制节点，让小乌龟动起来

• 打开第三个终端，输ros2 run turtlesim turtle_teleop_key——这是键盘控制节点，终端里会提示“Use arrow keys to move the turtle”。
• 现在把光标聚焦到这个终端（一定要聚焦，不然按键盘没反应），按方向键：上键前进，下键后退，左右键转弯——你会看到蓝色窗口里的小乌龟跟着动！

4. 用rqt_graph看通信关系：直观理解“发布-订阅”

这步是关键，能让你看清两个节点是怎么通信的。

• 打开第四个终端，输rqt_graph——如果提示“命令不存在”，就先装一下：sudo apt install ros-humble-rqt。
• 弹出的窗口里，你会看到两个节点：/teleop_turtle（键盘控制节点）和/turtlesim（仿真节点），它们之间连了一条线，线的名字是/turtle1/cmd_vel。
• 这就是ROS2最核心的“发布-订阅”模式：键盘节点是“发布者”，往/turtle1/cmd_vel话题上发控制指令；仿真节点是“订阅者”，从这个话题上收指令，然后执行——就像两个人用对讲机聊天，“话题”就是对讲机的频道。

5. 停止节点，清理环境

想停节点时，在对应的终端里按Ctrl+C就行。比如停仿真节点，就回到第一个终端按Ctrl+C；停键盘节点，就回到第三个终端按Ctrl+C。最后输ros2 node list，确认没有节点在运行了（没输出就是停干净了）。

看展示：