ROS 2 Humble 部署

本指南介绍如何在 MTT E300 或 Ubuntu 22.04 环境中部署 ROS 2 Humble。完成部署后，你将使用 Turtlesim 和 RQT 练习节点运行、主题查看、服务调用和主题重映射等基础操作。

概念简介

本指南以 ROS 2 Humble 为基础环境，使用 Turtlesim 演示节点、主题和服务，再使用 RQT 以图形化方式调用和调试服务。

• ROS（Robot Operating System）：开源生态系统，为机器人应用的构建、部署、运行和维护提供框架、工具和库。相关操作参见环境部署和查看节点、主题、服务和动作。
• Turtlesim：ROS 2 提供的轻量级二维模拟器，用于演示节点、主题和服务等基础机制。相关操作参见使用 Turtlesim。
• RQT：基于 Qt 的 ROS 图形化工具框架，以插件形式提供可视化和调试功能。相关操作参见使用 RQT。

学习目标

完成本指南后，你可以：

• 使用原生安装或 Docker 镜像部署 ROS 2 Humble。
• 启动 Turtlesim，并通过键盘控制乌龟移动。
• 使用命令行工具查看 ROS 2 节点、主题、服务和动作。
• 使用 RQT 调用服务，生成新乌龟并修改画笔属性。
• 使用主题重映射分别控制多只乌龟。

适用对象

本指南适用于 ROS 2 初学者、使用 MTT E300 的开发者，以及在 Ubuntu 22.04 环境中学习 ROS 2 的用户。

前置条件

开始前，请准备以下硬件和软件：

硬件

• MTT E300。
• 符合设备供电要求的电源适配器。
• 可下载安装包的有线或无线网络。
• 键盘、鼠标和显示器，或支持 SSH 的远程主机。

软件

• Ubuntu 22.04 ARM64 Jammy。
• 使用 Docker 镜像时，已安装 Docker Engine，并将当前用户加入 docker 用户组。
• 可以访问 ROS 2 软件源及相关资源。

环境部署

你可以使用原生安装或 Docker 镜像部署 ROS 2 Humble。

选择安装方式

• Ubuntu 22.04 主机原生安装：适用于需要长期使用 ROS 2 的场景。
• Docker 镜像：适用于快速体验或需要避免依赖冲突的场景。

方式一：原生安装 ROS 2 Humble

1. 创建脚本 install_host_ros_humble.sh

   #!/bin/bash
   
   sudo -v
   
   set -e
   
   OS_DISTRO="jammy"
   ROS_DISTRO="humble"
   APT_SRC="http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-ports"
   PIP_SRC="https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple"
   
   echo "Starting ROS 2 Humble installation script for Ubuntu ${OS_DISTRO}..."
   echo "Using additional APT source: ${APT_SRC}"
   echo "Using PIP source: ${PIP_SRC}"
   
   # --- Add Tsinghua Mirror configuration to a separate file ---
   # This *adds* the mirror, keeping the original system sources intact.
   TSINGHUA_SOURCES_FILE="/etc/apt/sources.list.d/tsinghua-mirror.list"
   echo "Adding Tsinghua mirror configuration to ${TSINGHUA_SOURCES_FILE}..."
   sudo bash -c "cat <<EOL > ${TSINGHUA_SOURCES_FILE}
   # Added by install script on $(date)
   # Mirror: ${APT_SRC}
   # OS: ${OS_DISTRO}
   
   deb ${APT_SRC} ${OS_DISTRO} main restricted
   # deb-src ${APT_SRC} ${OS_DISTRO} main restricted
   
   deb ${APT_SRC} ${OS_DISTRO}-updates main restricted
   # deb-src ${APT_SRC} ${OS_DISTRO}-updates main restricted
   
   deb ${APT_SRC} ${OS_DISTRO} universe
   # deb-src ${APT_SRC} ${OS_DISTRO} universe
   deb ${APT_SRC} ${OS_DISTRO}-updates universe
   # deb-src ${APT_SRC} ${OS_DISTRO}-updates universe
   
   deb ${APT_SRC} ${OS_DISTRO} multiverse
   # deb-src ${APT_SRC} ${OS_DISTRO} multiverse
   deb ${APT_SRC} ${OS_DISTRO}-updates multiverse
   # deb-src ${APT_SRC} ${OS_DISTRO}-updates multiverse
   
   deb ${APT_SRC} ${OS_DISTRO}-backports main restricted universe multiverse
   # deb-src ${APT_SRC} ${OS_DISTRO}-backports main restricted universe multiverse
   
   deb ${APT_SRC} ${OS_DISTRO}-security main restricted
   # deb-src ${APT_SRC} ${OS_DISTRO}-security main restricted
   deb ${APT_SRC} ${OS_DISTRO}-security universe
   # deb-src ${APT_SRC} ${OS_DISTRO}-security universe
   deb ${APT_SRC} ${OS_DISTRO}-security multiverse
   # deb-src ${APT_SRC} ${OS_DISTRO}-security multiverse
   EOL"
   echo "Added custom APT sources file: ${TSINGHUA_SOURCES_FILE}"
   # --- End of Tsinghua Mirror addition ---
   
   echo "Adding ROS 2 APT repository..."
   # Add the ROS 2 GPG key (Ensure required packages are installed first)
   sudo apt install -y curl gnupg lsb-release software-properties-common
   sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key -o /usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg
   echo "ROS GPG Key added."
   
   # Add the ROS 2 repository
   ROS2_SOURCES_FILE="/etc/apt/sources.list.d/ros2.list"
   echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg] http://packages.ros.org/ros2/ubuntu $(lsb_release -cs) main" | sudo tee ${ROS2_SOURCES_FILE} > /dev/   null
   echo "Added ROS 2 APT repository file: ${ROS2_SOURCES_FILE}"
   
   echo "Configuring PIP source for the current user..."
   mkdir -p ~/.config/pip  # Changed from /root/.pip to user's home config
   cat <<EOL > ~/.config/pip/pip.conf
   [global]
   index-url = ${PIP_SRC}
   EOL
   echo "Configured PIP to use ${PIP_SRC} for the current user in ~/.config/pip/pip.conf."
   
   echo "Updating package lists after adding new sources..."
   sudo apt-get update
   
   echo "Installing system dependencies and ROS 2 packages..."
   # Note: software-properties-common was already installed earlier for ROS repo setup
   sudo apt-get install -y --fix-missing --allow-downgrades \
       net-tools vim curl wget tmux build-essential \
       libicu70=70.1-2 libsqlite3-0=3.37.2-2ubuntu0.3 libzstd1=1.4.8+dfsg-3build1 \
       libedit-dev libdrm-dev libspdlog-dev sox libsox-fmt-all librapidxml-dev
   
   sudo apt-get install -y --fix-missing --allow-downgrades \
       ros-${ROS_DISTRO}-desktop \
       ros-${ROS_DISTRO}-perception \
       ros-${ROS_DISTRO}-simulation \
       ros-${ROS_DISTRO}-desktop-full \
       ros-${ROS_DISTRO}-rosbridge-suite \
       ros-${ROS_DISTRO}-ros-ign-gazebo-demos \
       ros-${ROS_DISTRO}-turtlesim
   
   echo "Configuring environment variables in ~/.bashrc..."
   grep -qxF "source /opt/ros/${ROS_DISTRO}/setup.bash" ~/.bashrc || echo "source /opt/ros/${ROS_DISTRO}/setup.bash" >> ~/.bashrc
   source ~/.bashrc
   
   echo "------------------------------------------------------------------------"
   echo "Installation and configuration complete!"
   echo "NOTE: Added custom APT sources to ${TSINGHUA_SOURCES_FILE}"
   echo "NOTE: Added ROS 2 APT sources to ${ROS2_SOURCES_FILE}"
   echo "------------------------------------------------------------------------"

2. 运行脚本：

   bash install_host_ros_humble.sh

3. 使环境生效：

   source ~/.bashrc

方式二：使用 Docker 镜像

1. 创建脚本 install_docker_ros_humble.sh

   #!/bin/bash
   
   # --- 配置变量 (可按需修改) ---
   OS_DISTRO="jammy"                                                   # 基础操作系统 (Ubuntu 22.04)
   ROS_DISTRO="humble"                                                 # ROS 2 发行版
   IMAGE_BASE="${ROS_DISTRO}-ros-base-${OS_DISTRO}"                    # 基础镜像名称部分
   IMAGE_NAME="mcconline-cn-beijing.cr.volces.com/m1000/refapps/ros"   # 完整镜像仓库/名称
   IMAGE_TAG="${IMAGE_BASE}"                                           # 镜像标签
   
   echo "--- 正在启动 Docker 容器 ---"
   echo "镜像: ${IMAGE_NAME}:${IMAGE_TAG}"
   
   # --- Docker 启动命令 ---
   # -it: 交互式终端
   # -d: 后台运行
   # --privileged: 赋予容器特权 (访问设备需要)
   # -v /dev:/dev: 挂载设备目录
   # -e DISPLAY=unix$DISPLAY: 传递 X11 Display 变量以显示 GUI
   # --net=host: 使用主机网络 (简化网络配置)
   # -v /usr/local/musa...: (如果需要)挂载特定硬件驱动 (示例)
   # -v /home/$USER:/home/$USER: 挂载用户主目录 (方便文件共享)
   # -v /tmp/.X11-unix:/tmp/.X11-unix: 挂载 X11 socket 目录
   docker run -it -d \
     --privileged \
     -v /dev:/dev \
     -e DISPLAY=unix$DISPLAY \
     --net=host \
     -v /usr/local/musa:/usr/local/musa \
     -v /usr/lib/aarch64-linux-gnu/musa:/usr/lib/aarch64-linux-gnu/musa \
     -v /usr/lib/aarch64-linux-gnu/dri/musa_dri.so:/usr/lib/aarch64-linux-gnu/dri/musa_dri.so \
     -v /usr/lib/aarch64-linux-gnu/dri/musa_drv_video.so:/usr/lib/aarch64-linux-gnu/dri/musa_drv_video.so \
     -v /home/$USER:/home/$USER \
     -v /tmp/.X11-unix:/tmp/.X11-unix  \
     ${IMAGE_NAME}:${IMAGE_TAG}
   
   echo "--- 容器已在后台启动 ---"
   echo "你可以使用 'docker ps' 查看运行中的容器 ID。"
   echo "使用 'docker exec -it <container_id> /bin/bash' 进入容器的交互式终端。"

2. 查找容器 ID 并进入容器：

   docker ps  # 查看运行中的容器 ID
   docker exec -it <container_id> /bin/bash  # 将 <container_id> 替换为实际 ID

检查和配置环境

完成 环境部署 后，检查 ROS 2 环境并加载环境脚本。以下步骤适用于原生安装和 Docker 镜像。

检查先决条件

• ROS 2 Humble 环境已就绪。
• 可以在主机或 Docker 容器中打开并操作终端。
• 熟悉 cd、ls 和 mkdir 等基本 Linux 命令。

验证 ROS 2 环境

在一个新的终端（或已进入的 Docker 容器终端）中，运行以下命令：

printenv | grep ROS

输出应包含以 ROS_ 开头的环境变量。确认其中包含 ROS_DISTRO=humble，表示 ROS 2 的基本环境变量已加载。

加载 ROS 2 环境脚本

备注

ros2 run、ros2 topic list 等命令依赖 ROS 2 环境变量。每次打开新终端后，都需要加载对应的环境脚本。

根据安装方式加载环境脚本：

• 原生安装或大多数 Docker 镜像：

  source /opt/ros/humble/setup.bash

• 自定义工作空间：加载工作空间中的 install/setup.bash，例如：

  # 假设工作空间位于 ~/ros2_ws
  source ~/ros2_ws/install/setup.bash

后续步骤中，每次打开新终端后，请先执行 source /opt/ros/humble/setup.bash 或加载对应的工作空间脚本。

使用 Turtlesim

安装 turtlesim 包（可选）

Docker 镜像以及安装了 ros-humble-desktop-full 或 ros-humble-turtlesim 的原生环境通常已包含 turtlesim。如果未安装，请执行以下步骤：

1. 打开终端并加载 ROS 2 环境。

2. 更新软件包列表：

   sudo apt update

3. 安装 turtlesim：

   sudo apt install ros-humble-turtlesim

4. 验证安装：检查 turtlesim 提供的可执行文件。

   ros2 pkg executables turtlesim

   输出应包含以下可执行文件：

   turtlesim draw_square
   turtlesim mimic
   turtlesim turtle_teleop_key
   turtlesim turtlesim_node

启动 Turtlesim 模拟器节点

在已加载 ROS 2 环境的终端中，启动 turtlesim 模拟器节点：

ros2 run turtlesim turtlesim_node

启动后，将打开标题为 Turtlesim 的图形窗口。终端输出类似如下：

[INFO] [1678886400.123456] [turtlesim]: Starting turtlesim with node name /turtlesim
[INFO] [1678886400.123567] [turtlesim]: Spawning turtle [turtle1] at x=[5.544445], y=[5.544445], theta=[0.000000]

该输出表示 /turtlesim 节点已启动，并生成了默认名称为 turtle1 的乌龟。保持该终端运行。

使用键盘控制乌龟

打开另一个终端，启动键盘控制节点：

1. 打开新终端。

2. 加载 ROS 2 环境：

   source /opt/ros/humble/setup.bash

3. 运行 turtle_teleop_key 节点：

   ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

   终端将显示以下提示：

   Reading from keyboard
   ---------------------------
   Use arrow keys to move the turtle.
   'q' to quit.

4. 控制乌龟：保持该终端为活动窗口，使用方向键（↑、↓、←、→）控制 turtle1 移动。

按下方向键后，乌龟会移动一小段距离并停止，这是预期行为。

查看节点、主题、服务和动作

保持 turtlesim_node 和 turtle_teleop_key 运行。打开新终端并加载 ROS 2 环境，然后使用 ros2 命令行工具查看当前系统。

查看节点

节点是 ROS 2 中的基本计算单元，可以理解为一个程序或进程。

ros2 node list

输出至少包含以下节点：

/turtlesim
/teleop_turtle

/turtlesim 是模拟器节点，/teleop_turtle 是键盘控制节点。

查看主题

主题用于节点之间发布和订阅消息，实现异步数据传输。

ros2 topic list -t # -t 参数用于显示消息类型

输出类似如下：

/parameter_events [rcl_interfaces/msg/ParameterEvent]
/rosout [rcl_interfaces/msg/Log]
/turtle1/cmd_vel [geometry_msgs/msg/Twist]
/turtle1/color_sensor [turtlesim/msg/Color]
/turtle1/pose [turtlesim/msg/Pose]

• /turtle1/cmd_vel：teleop_turtle 节点向该主题发布速度指令，turtlesim 节点订阅该主题并控制乌龟移动。消息类型为 geometry_msgs/msg/Twist。
• /turtle1/pose：turtlesim 节点向该主题发布乌龟的当前位置和方向。消息类型为 turtlesim/msg/Pose。

查看服务

服务用于节点之间的同步请求和响应。

ros2 service list -t # -t 参数用于显示服务类型

输出类似如下：

/clear [std_srvs/srv/Empty]
/kill [turtlesim/srv/Kill]
/reset [std_srvs/srv/Empty]
/spawn [turtlesim/srv/Spawn]
/teleop_turtle/describe_parameters [rcl_interfaces/srv/DescribeParameters]
/teleop_turtle/get_parameter_types [rcl_interfaces/srv/GetParameterTypes]
# ... 其他参数服务 ...
/turtle1/set_pen [turtlesim/srv/SetPen]
/turtle1/teleport_absolute [turtlesim/srv/TeleportAbsolute]
/turtle1/teleport_relative [turtlesim/srv/TeleportRelative]
/turtlesim/describe_parameters [rcl_interfaces/srv/DescribeParameters]
# ... 其他参数服务 ...

• /spawn：由 /turtlesim 节点提供，用于生成新乌龟。服务类型为 turtlesim/srv/Spawn。
• /kill：由 /turtlesim 节点提供，用于移除乌龟。
• /set_pen：由 /turtlesim 节点提供，用于设置指定乌龟的画笔颜色和宽度。
• /describe_parameters、/get_parameter_types 等服务由 ROS 2 用于处理节点参数。

查看动作

动作用于执行长时间运行、可抢占且需要反馈的任务。

ros2 action list -t

当前场景下，输出通常为空或包含以下动作：

/turtle1/rotate_absolute [turtlesim/action/RotateAbsolute]

完成上述检查后，可以使用 RQT 以图形化方式查看 ROS 2 服务。

---

使用 RQT

RQT 是一个图形化工具框架，可通过不同插件查看和调试 ROS 2 系统。

安装 RQT 及常用插件（可选）

Docker 镜像或原生安装脚本可能已安装 RQT 及其常用插件。如果未安装，请执行以下步骤：

1. 打开终端并加载 ROS 2 环境。
2. 更新软件包列表：

   sudo apt update

3. 安装 RQT 及其常用插件：

   # 使用通配符安装所有 rqt 相关包 (会安装较多插件)
   sudo apt install ~nros-humble-rqt*
   # 或者只安装核心和常用插件
   # sudo apt install ros-humble-rqt ros-humble-rqt-common-plugins

启动 RQT

在已加载 ROS 2 环境的新终端中运行：

rqt

命令运行后将打开 RQT 主窗口。

使用 Service Caller

使用 RQT 的 Service Caller 插件调用 turtlesim 节点提供的服务：

1. 打开插件：在 RQT 窗口顶部选择 Plugins > Services > Service Caller。

2. 刷新服务列表：在 Service Caller 插件窗口中，单击 Service 下拉列表左侧的刷新按钮。

   如果列表为空或缺少 /spawn、/kill、/turtle1/set_pen 等服务，请确认 turtlesim_node 仍在运行，并确认运行 RQT 的终端已加载 ROS 2 环境。仍无法显示时，关闭 RQT 并运行以下命令：

   rqt --force-discover

调用 /spawn 服务生成新乌龟

调用 /spawn 服务，在模拟器中添加第二只乌龟：

1. 选择服务：在 Service 下拉列表中选择 /spawn。

2. 填写请求参数：/spawn 服务需要新乌龟的名称（name）、初始位置（x、y）和朝向（theta）。

   • 在 Request 区域找到 name 对应的行。

   • 双击 Expression 列中的值，在单引号之间输入唯一名称，例如 'turtle2'，然后按 Enter。

     # 只需修改 Expression 列
     name: 'turtle2' # String
     x: 0.0          # Float
     y: 0.0          # Float
     theta: 0.0      # Float

   • 修改 x 和 y，为新乌龟设置不同的初始位置，例如：

     x: 2.0
     y: 8.0

   保持 theta: 0.0，使乌龟朝向右侧。

3. 调用服务：单击 Service Caller 插件窗口右上角的 Call。

调用成功后，Turtlesim 窗口将在 (2.0, 8.0) 位置生成名为 turtle2 的乌龟。刷新服务列表后，可以看到 /turtle2/set_pen、/turtle2/teleport_absolute 等服务。

警告

新乌龟的名称必须唯一。如果再次使用 turtle1，服务调用将失败。

调用 /set_pen 服务修改画笔

调用 /turtle1/set_pen 服务，修改 turtle1 画笔的颜色和粗细：

1. 选择服务：在 Service 下拉列表中选择 /turtle1/set_pen。

2. 填写请求参数：r、g 和 b 表示 RGB 颜色值，范围为 0–255；width 表示线条宽度；off 为 0 时绘制轨迹，为 1 时停止绘制。以下参数将画笔设置为红色，宽度设置为 5：

   r: 255     # Red component
   g: 0       # Green component
   b: 0       # Blue component
   width: 5   # Line width
   off: 0     # Pen down (drawing enabled)

3. 调用服务：单击 Call。

切换到运行 turtle_teleop_key 的终端并移动 turtle1。此时，乌龟将绘制宽度为 5 的红色轨迹。

---

使用主题重映射控制多只乌龟

turtle_teleop_key 默认向 /turtle1/cmd_vel 主题发布速度指令，因此只能控制 turtle1。要控制 turtle2，请启动另一个 turtle_teleop_key 节点，并将主题重映射到 /turtle2/cmd_vel。

1. 打开新终端。

2. 加载 ROS 2 环境：

   source /opt/ros/humble/setup.bash

3. 启动 turtle_teleop_key 并重映射主题：

   ros2 run turtlesim turtle_teleop_key --ros-args --remap turtle1/cmd_vel:=turtle2/cmd_vel

   • --ros-args：表示后续参数是 ROS 2 参数。
   • --remap <原始名称>:=<新名称>：将节点使用的原始主题名称替换为新的主题名称。

4. 验证控制效果：

   • 在运行重映射命令的终端中按方向键，确认 turtle2 移动。
   • 切换到第一个运行 turtle_teleop_key 的终端并按方向键，确认 turtle1 移动。

通过主题重映射，两个 turtle_teleop_key 节点可以分别控制不同的乌龟。

---

关闭 Turtlesim

完成练习后，关闭相关节点和窗口：

1. 停止键盘控制节点：在两个运行 turtle_teleop_key 的终端中按 q 或 Ctrl+C。
2. 停止 Turtlesim 模拟器节点：在运行 turtlesim_node 的终端中按 Ctrl+C。
3. 关闭 RQT：关闭 RQT 窗口。
4. 退出 Docker 容器（如果使用 Docker）：
   • 运行 exit 退出容器终端。
   • 运行 docker stop <container_id> 停止后台容器。将 <container_id> 替换为实际容器 ID。

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总结

本指南介绍了以下操作：

• 使用原生安装或 Docker 镜像部署 ROS 2 Humble。
• 启动 Turtlesim，并使用 turtle_teleop_key 控制乌龟。
• 使用 ros2 命令查看节点、主题、服务和动作。
• 使用 RQT 的 Service Caller 插件调用 /spawn 和 /set_pen 服务。
• 使用主题重映射分别控制 turtle1 和 turtle2。

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进一步学习

如需进一步了解 ROS 2 核心概念，请参见 FishROS ROS 2 Humble 教程：

• 节点：了解 ROS 2 系统中的基本执行单元。
• 主题：了解节点之间如何通过发布和订阅异步交换数据。
• 服务：了解节点之间如何通过请求和响应进行同步通信。
• 参数：了解如何配置和修改节点运行时参数。
• 动作：了解如何执行长时间运行、可抢占且需要反馈的任务。

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附录

常见问题

问题描述	可能原因	解决方案
找不到 ros2 命令	未加载 ROS 2 环境	执行 source /opt/ros/humble/setup.bash，并确认该命令已添加到 ~/.bashrc。
Turtlesim 或 RQT 窗口无法显示	1. Docker 环境未配置 DISPLAY 2. X Server 权限不足	1. 确认 Docker 启动命令包含 -e DISPLAY=unix$DISPLAY 和 -v /tmp/.X11-unix:/tmp/.X11-unix。 2. 执行 xhost +local: 临时允许本地访问 X Server。
RQT 中未显示服务列表	1. Turtlesim 节点未运行 2. 网络发现异常	1. 确认 turtlesim_node 正常运行。 2. 关闭 RQT，然后运行 rqt --force-discover。
重映射后无法控制乌龟	重映射语法错误	检查重映射参数 --remap turtle1/cmd_vel:=turtle2/cmd_vel，确认使用 := 而不是 =。

相关资源

• ROS 2 官方文档：ROS 2 Humble 教程和 API 参考。
• Turtlesim 官方教程：Turtlesim 操作指南。