手把手做ROS2机器人系统开发（一）：开发环境搭建

教程背景

机器人操作系统（ROS2）是当前机器人应用开发的主流平台，凭借分布式节点架构、丰富的生态组件和良好的实时性支持，被广泛用于工业机器人、移动机器人和智能装备的研发。本系列教程将带领大家从零开始，完成一套完整的ROS2机器人系统开发：以驱动常用工业机器人（SCARA）实现动态抓取目标为最终目标，既支持实体机器人验证，也支持仿真环境测试。

本教程使用的硬件体系包括：通过 EtherCAT 总线控制的驱动部分，以及笔记本电脑/工控机作为上位机。软件部分即本系列教程的核心内容。

万事开头难，搭建一套稳定、可复现的开发环境，是后续一切开发工作的基础。本章节完成两件事：

1. Ubuntu 系统安装
2. ROS2 系统环境安装

一、Ubuntu 系统安装

1. 虚拟机准备

学习阶段推荐使用 Oracle VM VirtualBox 虚拟机，便于随时随地进行实验，且不影响宿主机环境。

• VirtualBox 下载地址：https://www.oracle.com/cn/virtualization/technologies/vm/downloads/virtualbox-downloads.html
• Ubuntu 22.04 桌面版镜像（国内高校镜像源）：https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu-releases/22.04/

2. 安装注意事项

问题一：虚拟机安装界面显示不全，无法点击"下一步"。

解决办法：按 Alt + F7，用鼠标移动窗口位置即可。

问题二：安装耗时过长。

解决办法：采用最小化安装，安装过程中不连接网络或跳过系统更新，安装完成后再统一配置。

问题三：配置国内软件源并更新系统。

编辑软件源文件：

sudo gedit /etc/apt/sources.list

替换为清华镜像源（Ubuntu 22.04，代号 jammy）：

# 默认注释了源码镜像以提高 apt update 速度，如有需要可自行取消注释
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ jammy main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ jammy-updates main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ jammy-backports main restricted universe multiverse

deb http://security.ubuntu.com/ubuntu/ jammy-security main restricted universe multiverse

# 预发布软件源，不建议启用
# deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ jammy-proposed main restricted universe multiverse

执行系统更新：

sudo apt update
sudo apt upgrade

二、ROS2 系统环境安装

本教程采用 ROS2 Humble Hawksbill 版本，对应 Ubuntu 22.04。

1. 添加 ROS GPG 密钥

sudo apt install curl gnupg2
sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key -o /usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg

若网络受限无法访问 GitHub，可直接下载 ros-archive-keyring.gpg 文件（https://download.csdn.net/download/guimotion/87722345），将其复制到 /usr/share/keyrings/ 目录即可。

2. 配置国内 ROS2 镜像源

echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg] https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ros2/ubuntu jammy main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/ros2.list > /dev/null

sudo apt update
sudo apt upgrade

3. 安装 ROS2

安装标准桌面版（包含常用工具、仿真器与示例）：

sudo apt install ros-humble-desktop

安装开发编译工具：

sudo apt install ros-dev-tools

4. 配置系统环境

编辑 ~/.bashrc，在末尾追加：

export ROSDISTRO_INDEX_URL=https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/rosdistro/index-v4.yaml
source /opt/ros/humble/setup.bash

三、系统运行测试

开启两个终端验证 ROS2 节点通信：

终端 1：运行发布者节点

ros2 run demo_nodes_cpp talker

终端 2：运行订阅者节点

ros2 run demo_nodes_py listener

若两个终端分别持续输出发布与订阅消息，说明 ROS2 环境搭建成功，节点通信正常。

四、补充内容

1. 检查系统安装环境

printenv | grep -i ROS

2. 使用 ROS 域 ID 功能

当同一网络中存在多组 ROS2 系统时，可通过域 ID 隔离通信：

export ROS_DOMAIN_ID=<your_domain_id 0-101 或 215-232>
echo "export ROS_DOMAIN_ID=98" >> ~/.bashrc

3. 测试小海龟（turtlesim）仿真

启动小海龟仿真器：

ros2 run turtlesim turtlesim_node

启动键盘控制节点：

ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

通过键盘即可控制小海龟移动，直观感受 ROS2 的节点通信机制。

小结

至此，Ubuntu 22.04 + ROS2 Humble 开发环境搭建完成，并通过 talker/listener 与小海龟仿真验证了系统可用性。下一章节将带领大家熟悉 ROS2 的核心命令，为后续编程开发打下基础。

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