ROS2对比ROS1的一些变化与优势（全新安装ROS2以及编译错误处理）《1》

1、概述

我们在前面介绍的ROS，都是ROS1的版本，近期对机器狗进行学习的时候，发现版本是ROS2了，也发现平时习惯的一些命令都有了变化，改变还是挺大的，不过熟悉之后还是很习惯ROS2的写法。
ROS2不是在ROS1的基础上做的更新，而是重新构建的，这样避免ROS1的设计的很多不规范，尤其是在实时性，安全性等方面都满足不了现代工作的需求，而做一些底层修改又可能造成ROS1的不稳定，所以算是全新架构了。底层是用C语言编写，叫做RCL库(ROS客户端库Client Library，是一种API，提供ROS话题、服务、动作、参数等接口)，在写上层程序中调用的rclcpp和rclpy是在RCL库上进行一次包装，这样带来的好处是让C++(默认使用cpp 11， cpp1A4，cpp17标准，比ROS1默认使用的cpp98标准更加现代化的)和Python(这里放弃了Python2，直接使用的是Python3)程序调用API更加统一相似，同时对ROS2进行功能更新时，直接更新RCL库，再新增C++和Python的支持。
虽然launch启动文件还是支持，不过在ROS2中建议使用Python文件写launch文件，更加的灵活。

2、历史版本 

我们先来看下ROS1有哪些历史版本： 

Ubuntu版本    ros版本
Ubuntu 20.04    noetic
Ubuntu18.04    melodic
Ubuntu16.04    kinetic
Ubuntu14.04    indigo

这个跟Ubuntu的版本对应着，到了ROS2的时候，基本每年都有新的版本发布，ROS2的历史版本列表：

Crystal: 2018年12月
Dashing: 2019年5月
Eloquent: 2019年11月
Foxy: 2020年6月
Galactic: 2021年5月 

本人的Ubuntu版本信息：lsb_release -a 

No LSB modules are available.
Distributor ID:    Ubuntu
Description:    Ubuntu 20.04.4 LTS
Release:    20.04
Codename:    focal 

其余命令还有：cat /etc/issue 或者cat /etc/os-release或者cat /proc/version 

比如本人的ROS2版本：rosversion -d
foxy
或者：rosversion --distro
foxy 

3、命令变化 

命令也改变了，基本是将ros1中的rosxxx拆分成了ros2 xxx的形式，比如 rosrun 变成了 ros2 run，当然我们可以通过双击tab键来看提示是最好的，这个也是多次推荐的做法，如下图： 

可以看到这样的命令，个人感觉更合理了，每个单词都有其实际意义了，更加直观。 

我们来运行一个节点Demo看下效果，一个发布节点和一个订阅节点：

ros2 run demo_nodes_cpp talker
ros2 run demo_nodes_py listener

 截图如下：

这里运行上述两个节点之前，我并没有运行roscore，可以看到两个节点可以互相进行通信了，也就是说ROS2的去中心化设计让其适应更多工业应用和产品级应用场景的需求。
ROS1和ROS2可以并存于同⼀台电脑,你只需要source其对应的setup.bash即可完成环境的选择。
其余一些常见命令的变化如下：

编译指令，从 catkin_make 更改为 colcon build 
rosrun rqt_graph rqt_graph 更改为 rqt_graph
rosrun rqt_tf_tree rqt_tf_tree 更改为 ros2 run tf2_tools view_frames.py
rviz 更改为 rviz2

4、全新安装

本人安装环境：lsb_release -a 

No LSB modules are available.
Distributor ID:    Ubuntu
Description:    Ubuntu 18.04.6 LTS
Release:    18.04
Codename:    bionic 

前面铺垫了一些ROS1到ROS2的部分变化，接下来我们来安装一个全新的ROS2，这样就会更加快速的熟悉它。

4.1、安装ROS2

首先更新软件库

sudo apt update
sudo apt upgrade

安装ROS2，推荐安装完整版

sudo apt install ros-foxy-desktop

如果不想安装完整版本，可以只安装核心软件包：sudo apt install ros-foxy-ros-base
不出意外的出了意外，报错如下：

E: Unable to locate package ros-foxy-desktop

所以需要指定软件安装源来安装：

sudo apt update && sudo apt install curl gnupg2 lsb-release
curl -s https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.asc | sudo apt-key add -
sudo sh -c 'echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture)] http://packages.ros.org/ros2/ubuntu $(lsb_release -cs) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros2-latest.list'

这里可以写死也可以获取变量值的写法：

dpkg --print-architecture ，本机：amd64

 lsb_release -c 可以给出自身的版本，本机： Codename:    bionic

写入之后，我们查看下源内容：cat /etc/apt/sources.list.d/ros2-latest.list

deb [arch=amd64,arm64] http://packages.ros.org/ros2/ubuntu bionic main

然后再次更新：sudo apt update

这里的Ubuntu18版本好像不能安装foxy？网上却很多安装成功的？这个暂时存疑，因为我也觉得这个ROS2应该跟Ubuntu版本没有对应关系了，那我们安装Dashing来体验下：

sudo apt install ros-dashing-desktop

安装好了之后，配置环境，追加到 ~/.bashrc，这样不需要每次source

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

由于本人在之前也安装了ROS1，所以我们在这里可以写一个判断，~/.bashrc文件追加如下内容：

echo "ROS melodic (1) or ROS2 dashing (2)?"
read edition
if [ "$edition" -eq "1" ];then
  source /opt/ros/melodic/setup.bash
  echo using ros melodic
else
  source /opt/ros/dashing/setup.bash
  echo using ros2 dashing
fi

这样就会在开启终端时，选择ROS1还是ROS2，输入1表示启动ROS1，输入2表示启动ROS2
如果启动ROS2时，出现下面警告：

ROS_DISTRO was set to 'melodic' before. Please make sure that the environment does not mix paths from different distributions.

翻译过来是，之前将ROS_DISTRO设置为“melodic”。请确保环境没有混合来自不同发行版的路径。
就将.bashrc里面的/opt/ros/melodic/setup.bash注释掉即可。 

如果双击tab键没有给出提示，需安装命令补全包：sudo apt install python3-argcomplete 

然后测试下，分别输入： 

ros2 run demo_nodes_cpp talker
ros2 run demo_nodes_py listener

ROS2安装之后测试没问题，如下图：

 一些常见的开发需要的包，自行按需选择安装： 

sudo apt install ros-dashing-turtlesim
sudo apt install ros-dashing-xacro
sudo apt install python3-pip
sudo apt install python3-colcon-common-extensions
sudo apt install python3-vcstool
sudo apt-get install ros-dashing-joint-state-publisher-gui
 
#卸载ROS2
sudo apt remove ros-dashing-* && sudo apt autoremove

4.2、安装Gazebo

Gazebo是一个强大的仿真平台，平时用的比较多，安装如下： 

sudo apt install ros-dashing-gazebo-ros-pkgs

导航相关的包

sudo apt install ros-dashing-cartographer
sudo apt install ros-dashing-cartographer-ros
sudo apt install ros-dashing-navigation2
sudo apt install ros-dashing-nav2-bringup 
sudo apt install ros-dashing-gazebo-ros2-control
sudo apt install ros-dashing-ros2-control ros-dashing-ros2-controllers

 4.3、编译

编译的过程相比ROS1，在ROS2中也发生了很大的改变，未来随着ROS1的慢慢淘汰，我们还是重点掌握ROS2的用法即可
创建工作空间

mkdir -p ~/myRobotDog_ws/src
cd ~/myRobotDog_ws/src

创建包(这里跟ROS1不一样)

ros2 pkg create --build-type ament_cmake mypkg --node-name mynode

同样会在mypkg这个包下面，生成以下目录与文件

CMakeLists.txt  include  package.xml  src

然后我们来看下节点mynode，在src里的一个c++文件：gedit mynode.cpp

#include 
 
int main(int argc, char ** argv)
{
  (void) argc;
  (void) argv;
 
  printf("hello world mypkg package\n");
  return 0;
}

接下来就是编译，在编译之前确保已安装colcon编译器

​​​​​​​sudo apt install python3-colcon-common-extensions

cd ~/myRobotDog_ws
colcon build --symlink-install
echo 'source ~/myRobotDog_ws/install/setup.bash' >> ~/.bashrc

然后测试下

ros2 run mypkg mynode
#hello world mypkg package

如果想增加节点，修改CMakeLists.txt文件即可：

cd ~/myRobotDog_ws/src/mypkg
gedit CMakeLists.txt

新增即可:

add_executable(mynode src/mynode.cpp)
target_include_directories(mynode PUBLIC
  $
  $<INSTALL_INTERFACE:include>)
 
install(TARGETS mynode
  DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})

colcon的一些常用参数：

--symlink-install：使用符号链接比如，动态链接库，会在install目录中使用符号链接，指向build目录下生成的库文件(如 *.so)，如果没有该选项，则两个目录都有该库文件。
--packages-select：只编译指定包，比如单独编译mypkg包：colcon build --packages-select mypkg
--packages-ignore： 忽略指定包，用法同上
--continue-on-error：编译出错继续编译其他模块
--cmake-args ，--ament-cmake-args， --catkin-cmake-args ：传递参数给对应的package

最后需要注意的，ROS2在修改完任何文件后，需要重新编译 colcon build 

更多详情可以查阅：https://docs.ros.org/en/dashing/Installation/Ubuntu-Install-Debians.html 

5、编译Python 

对于Python的编译，有好几个点需要注意，以及一些配置文件的修改

mkdir -p ~/mypy_ws/src
cd ~/mypy_ws/src
ros2 pkg create --build-type ament_python my_py
cd ~/mypy_ws/src/my_py/my_py
touch PYNode.py
gedit PYNode.py

#!/usr/bin/env python3
 
import rclpy
from rclpy.node import Node
 
def main(args=None):
    rclpy.init(args=args)
    node = Node("ChyiChin_Node")
    node.get_logger().info("Python TEST")
    rclpy.spin(node)
    rclpy.shutdown()
 
if __name__ == '__main__':
    main()

加个可执行权限：chmod +x PYNode.py

cd ~/mypy_ws
colcon build --packages-select my_py
source install/setup.bash

运行ChyiChin_Node节点，看下能否正确输出日志信息：

ros2 run my_py ChyiChin_Node
[INFO] [ChyiChin_Node]: Python TEST

OK，没有问题，对C++和Python的编译就这么愉快的搞定了。接下来，将贴出在编译过程中遇到的一些错误，以及处理的方法

6、编译出错

6.1、setup.cfg

Usage of dash-separated 'script-dir' will not be supported in future version

短横线在未来版本不再支持，所以我们需要修改为下划线的形式：

cd ~/mypy_ws/src/my_py
gedit setup.cfg

将里面的script-dir和install-scripts修改为script_dir和install_scripts

6.2、Setuptools版本

SetuptoolsDeprecationWarning: setup.py install is deprecated. Use build and pip and other standards-based tools.
  setuptools.SetuptoolsDeprecationWarning,

查看下setuptools的版本

python3
 
import setuptools
print(setuptools.__version__)
59.6.0

版本太新了，安装低版本的就可以了：

pip3 install setuptools==58.2.0 -i http://pypi.douban.com/simple/  --trusted-host pypi.douban.com

6.3、No executable found

ros2在运行python文件时，会报错：No executable found 

在前面的mypkg包里面，可以查询到所有可执行程序：ros2 pkg executables mypkg

mypkg mynode
mypkg mynode1 

然后在Python里面的my_py包，查询是空的：ros2 pkg executables my_py 

解决方案：在编译之前，需要修改setup.py，告知入口点位置，也就是Python文件的路径 

cd ~/mypy_ws/src/my_py
gedit setup.py
 
entry_points={
        'console_scripts': ["ChyiChin_Node=my_py.PYNode:main"],
    },

其中ChyiChin_Node为节点名称，my_py.PYNode为Python文件路径(包名.文件名)，加:main入口函数

6.4、RuntimeError

RuntimeError: 'distutils.core.setup()' was never called -- perhaps 'setup.py' is not a Distutils setup script? 

翻译过来是：RuntimeError: ' Distutils .core.setup()'从未被调用-也许'setup.py'不是Distutils安装脚本?
这个属于运行时错误，所以需要一个rclpy的依赖，所以在创建包的时候，这样写即可：
ros2 pkg create my_py --build-type ament_python --dependencies rclpy
最后来看下运行Python写的这个节点

ros2 run my_pkg ChyiChin_Node

截图如下：

7、小结

ROS2的出现，让ROS真正成为了去中心化的分布式的操作系统，这个是其最主要的特点，因为在ROS1中，我们知道需要首先启动roscore，也就是MASTER管理节点，如果这个节点崩了，那整个ROS系统都崩了，这是一种不好的设计。
另外引入了数据分发服务通信协议(DDS)，使用零拷贝的方式来传递消息，这大大节省了内存和传输所占用的资源，提高了通信的实时性。