【Ubuntu 20.04中的ROS Noetic】：一步到位的安装与配置方案

 # 摘要 本文全面介绍了Ubuntu 20.04环境下ROS Noetic的安装、配置和编程实践。首先概述了ROS Noetic及其在Ubuntu 20.04中的安装流程，随后详细阐述了如何配置ROS环境、创建工作空间及安装常用工具。文章深入探讨了ROS Noetic的基础编程概念，包括节点、话题、服务、客户端和参数服务器的管理。此外，还涵盖了ROS Noetic的高级应用，例如自定义消息与服务、网络通信以及调试技术。最后，通过实战案例分析，本文展示了如何规划ROS Noetic项目、实施步骤和常见问题解决策略，旨在为机器人技术领域的开发者提供实践指导和资源分享。 # 关键字 Ubuntu 20.04；ROS Noetic；环境配置；节点管理；服务通信；项目实施；调试技巧 参考资源链接：[Ubuntu 20.04下详述ROS Noetic的安装教程](https://wenku.csdn.net/doc/6412b494be7fbd1778d40135?spm=1055.2635.3001.10343) # 1. Ubuntu 20.04中的ROS Noetic简介 Ubuntu是一个流行的Linux发行版，而ROS（Robot Operating System）是一个为机器人软件开发设计的灵活框架，它为程序提供硬件抽象描述、底层设备驱动、常用功能的实现、消息传递以及包管理等功能。ROS Noetic是ROS的最新稳定版本，专为Ubuntu 20.04设计，旨在为机器人研究与开发提供一个先进而全面的平台。 ## ROS Noetic的特点 ROS Noetic是在Ubuntu 20.04上运行的最佳选择，它继承了ROS系列一贯的开源特性，并在性能、稳定性和兼容性上有了显著的提升。ROS Noetic支持了Python 3，为开发人员带来了现代化的编程体验。此外，ROS Noetic带来了许多新功能和改进，例如： - 更高效的通信机制和数据处理。 - 强化了对现代机器人硬件的支持。 - 更新并改进了核心工具包，比如rqt、rviz和roslint。 ## 为什么要选择ROS Noetic 开发者选择ROS Noetic有多种原因。首先，ROS Noetic为Ubuntu 20.04提供了一个全面的机器人开发环境，使得创建复杂的机器人应用程序变得容易。其次，由于ROS是一个经过广泛测试的开源项目，它为机器人开发者提供了一个充满活力的社区支持和一个庞大的库，包括算法、驱动程序和仿真工具。最后，由于ROS Noetic集成了最新的工具和功能，它允许研究人员和工程师专注于创新而不是基础架构，大大加快了开发进程。 了解了ROS Noetic的概述之后，接下来的章节将深入探讨如何在Ubuntu 20.04上安装和配置ROS Noetic，以及如何使用其功能来创建和管理机器人应用程序。 # 2. Ubuntu系统准备与ROS Noetic安装 ## 2.1 Ubuntu 20.04的系统要求和安装 ### 2.1.1 系统环境的检查与准备 在安装Ubuntu 20.04之前，首先需要确保你的计算机满足系统的基本要求。Ubuntu 20.04 LTS（长期支持）版本对硬件的要求相对合理，一般现代的计算机都能满足。以下是基本的系统要求： - 至少需要2GB的内存（推荐4GB以上） - 至少需要15GB的硬盘空间 - 一个安装媒体（USB驱动器或DVD光盘） 在确认满足这些要求后，您还需要检查磁盘分区情况，确保有一个足够的空闲分区用于安装Ubuntu，或者准备在安装过程中进行分区。 接下来，需要创建一个启动USB驱动器，以便从该驱动器启动并安装Ubuntu。可以使用`dd`工具或专门的软件如Rufus（对于Windows用户）来创建启动盘。以下是使用`dd`命令创建启动盘的示例代码： ```bash # 确保卸载了USB驱动器并且知道其设备名（例如/dev/sdb） # 替换if=文件路径为你的Ubuntu ISO文件路径，of=设备路径为USB驱动器路径 sudo dd if=ubuntu-20.04.1-live-server-amd64.iso of=/dev/sdb status=progress && sync ``` 请注意，`dd`命令会覆盖目标磁盘上的所有数据，因此请确认USB驱动器的内容已备份并正确指定了设备路径。此命令将创建一个启动盘，你可以使用此盘启动计算机并进入Ubuntu安装程序。 ### 2.1.2 安装Ubuntu 20.04 一旦制作好启动盘，就可以开始安装Ubuntu了。以下步骤概括了安装过程： 1. 将计算机设置为从USB启动。 2. 按照安装向导完成安装过程，这通常涉及设置语言、时区、键盘布局和用户名等。 3. 分区时，可以选择“其他选项”，然后手动配置分区，或者选择“安装Ubuntu并自动分区”来进行简化操作。 4. 确认安装细节后，点击“安装”开始安装过程。 5. 安装完成后，重启计算机并从硬盘启动Ubuntu系统。 安装过程中，可以选择“现在安装”来开始安装Ubuntu到您的计算机。安装过程中需要选择时区、键盘布局、输入用户信息等。 ```mermaid graph TB A[开始安装] --> B[选择安装类型] B --> C[安装类型] C -->|其他选项| D[手动分区] C -->|自动分区| E[自动配置分区] B --> F[设置用户信息] D --> G[配置分区] E --> G G --> H[开始安装] H --> I[完成安装] ``` 请确保在安装过程中备份所有重要数据，以防意外数据丢失。 ## 2.2 ROS Noetic的安装前准备 ### 2.2.1 更新系统软件包 安装完Ubuntu系统后，确保系统是最新的。打开终端并执行以下命令： ```bash sudo apt update sudo apt upgrade ``` 这些命令会更新系统的软件包列表并升级所有已安装的软件包到最新版本。 ### 2.2.2 配置软件源 ROS Noetic需要从其官方软件源安装。为了确保可以访问这些软件源，需要添加源列表到系统源列表中，并更新系统软件包列表： ```bash sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list' sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654 sudo apt update ``` 上述命令添加了ROS Noetic的软件源并导入了其密钥，这一步对于确保软件包的完整性和安全性至关重要。 ## 2.3 ROS Noetic的安装过程 ### 2.3.1 安装ROS Noetic桌面版 ROS Noetic提供了不同的安装包。桌面完整版包括所有可选包，而桌面版仅包含最基本的部分。根据您的需求，可以选择安装ROS Noetic桌面版： ```bash sudo apt install ros-noetic-desktop-full ``` 安装完成后，还需要运行一个脚本来初始化ROS环境： ```bash echo "source /opt/ros/noetic/setup.bash" >> ~/.bashrc source ~/.bashrc ``` ### 2.3.2 安装ROS Noetic完整版 如果需要安装包含所有可选包的完整版ROS Noetic，可以使用以下命令： ```bash sudo apt install ros-noetic-desktop ``` 同样，安装完成后，初始化环境变量： ```bash echo "source /opt/ros/noetic/setup.bash" >> ~/.bashrc source ~/.bashrc ``` 通过上述步骤，您已经成功安装了ROS Noetic。接下来，您可以开始配置ROS环境，并学习如何创建和管理ROS节点、话题和服务。 # 3. ROS Noetic环境的基本配置 ## 3.1 环境变量的配置 ### 3.1.1 源代码配置 在ROS Noetic中配置环境变量是确保系统能够正确找到ROS包和工具的关键步骤。当您安装ROS Noetic时，系统会创建一个名为`setup.bash`的脚本文件，该文件包含必要的环境变量配置。为了方便每次打开新终端时自动设置环境变量，建议将以下代码添加到您的`~/.bashrc`文件中： ```bash source /opt/ros/noetic/setup.bash ``` 这行代码将导入ROS Noetic的环境设置。`source`命令用于执行脚本文件，使其内容在当前shell环境中生效。这样做之后，您就可以在任何新的终端会话中使用ROS Noetic的命令和工具了。 ### 3.1.2 终端环境配置 在不同的终端会话中使用ROS Noetic时，您可能需要手动激活ROS环境。这可以通过在终端中运行以下命令来实现： ```bash source /opt/ros/noetic/setup.bash ``` 此外，建议在`.bashrc`文件中设置`ROS_HOSTNAME`和`ROS_MASTER_URI`环境变量，以帮助ROS节点之间的通信。`ROS_HOSTNAME`设置当前机器的名称，而`ROS_MASTER_URI`告诉ROS节点在哪里可以找到ROS主节点。在多机通信时，这两个环境变量尤为关键。通常，这些设置如下： ```bash export ROS_MASTER_URI=http://localhost:11311 export ROS_HOSTNAME=localhost ``` 请确保`ROS_MASTER_URI`与您运行ROS主节点的机器地址相匹配。在单机设置中，这通常指向本地主机。 ## 3.2 ROS工作空间的创建与配置 ### 3.2.1 创建ROS工作空间 ROS工作空间是ROS包的容器，也是构建和安装ROS软件包的地方。首先，需要创建一个工作空间目录并初始化它： ```bash mkdir -p ~/catkin_ws/src cd ~/catkin_ws/ catkin_make ``` 这里使用`catkin_make`构建系统创建了名为`catkin_ws`的ROS工作空间，并在其内部创建了`src`目录用于存放源代码。`catkin_make`命令首