Windows使用ROS机器人操作系统全面资料汇总

Posted zhangrelay

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Windows使用ROS机器人操作系统全面资料汇总相关的知识，希望对你有一定的参考价值。


0 摘要：

本文以​Win10​系统中安装使用​​ROS1Melodic和ROS2Dashing​​为基础，并通过开源硬件设备Arduino与ROS的通信为示例，具体介绍机器人操作系统ROS1和ROS2的细节。部分内容已经在高校本科课程中进行讲解，详情可搜索：​机器人控制器编程​。


Windows使用ROS机器人操作系统全面资料汇总_ROS1​​​https://microsoft.github.io/Win-RoS-Landing-Page/#​​




​​

1 引言：

机器人操作系统ROS，可以被理解为​​一个特定的应用于机器人领域的物联网（IoT）系统​​，很多知识点和技能相似相通，学习并掌握这个工具非常重要。ROS接口丰富，并可与OpenCV，OpenAI等多种第三方开源工具结合，开发出新奇实用的各类机器人。

全平台（Windows/Linux/MacOS/……）和全语言（C++/Python/Java/……）是ROS的另一个典型特点。大部分ROS课程基于Ubuntu讲解。本课程从设计之初就考虑到不同平台使用用户特定场景之差异，课程涵盖了Windows/Linux/MacOS。但测试过程并未公开，依据大量反馈，以学生为中心，目标导向和持续改进为内核，课程将全面免费公开Windows版本内容，该版本在测试与反馈中获得较为温和评价，Windows系统目前仍然是国内占有率最高的桌面平台。

课程部分介绍资料参考链接：​​机器人编程实践-ROS2基础与应用-​​


Windows使用ROS机器人操作系统全面资料汇总_IoT_02

必备工具，请安装最新版本

2 ROS1：

安装：​​http://wiki.ros.org/Installation/Windows​​

使用：​​https://ms-iot.github.io/ROSOnWindows/​​

​

注意：中文版本是一年以前写的，现在已经有些变动，将在下文列出。

除了基本教程，还支持​​服务机器人​​​和​​工业机械臂​​。

这些在之前博客中已经详细介绍过了，这里就不再重复了。只列出一些要点：

Windows操作系统

  • Windows的​ROS1&2​需要64位Windows 10桌面或Windows 10 IoT Enterprise。

预留安装空间

  • 在继续操作之前，请清理并备份c:\\opt下的所有现有数据。

  • c:\\opt是指定的安装位置。当前未启用重定位。​不支持安装在其他位置！！！​

  • 请确保C:\\ 驱动器上有10 GB的可用空间用于安装和开发。

Windows使用ROS机器人操作系统全面资料汇总_ROS2_03

安装路径

安装Visual Studio 2019

为Windows生成ROS项目需要Visual Studio和Windows的Microsoft SDK。

  • 包括“​使用C++桌面开发​”工作部件（工作负载）。
  • 如果要构建WinML，请包括“通用Windows应用程序”工作部件。

Windows使用ROS机器人操作系统全面资料汇总_ROS2_04

使用C++的桌面开发

安装到D:


Windows使用ROS机器人操作系统全面资料汇总_Windows_05

d:

安装Windows软件包管理器

Chocolatey是Windows的程序包管理器。它用于简化安装构建和运行ROS项目所需的工具和库的过程。

  • 在“开始”菜单中，找到“ VS 2019 x64本机工具命令提示符”项。
  • 右键单击，选择“更多”，然后选择“以管理员身份运行”
  • 复制以下命令行：
@"%SystemRoot%\\System32\\WindowsPowerShell\\v1.0\\powershell.exe" -NoProfile -InputFormat None -ExecutionPolicy Bypass -Command "iex ((New-Object System.Net.WebClient).DownloadString(https://chocolatey.org/install.ps1))" && SET "PATH=%PATH%;%ALLUSERSPROFILE%\\chocolatey\\bin"
  • 将其粘贴到命令窗口中。
  • 批准任何提示（​确定​）
  • 完成后，关闭命令提示符以完成安装。

安装Git：

  • 如上所述，重新打开Visual Studio命令窗口。
  • 即使您已将其安装为应用程序，也请使用此处的命令安装Git。
choco install git -y
  • 安装Git之后，请确保ROS命令提示符中现在提供了Git。
git --version
  • 如上所述，关闭并重新打开Visual Studio命令窗口。

二进制软件包安装

要为Windows设置ROS，请遵循以下建议步骤：


Windows使用ROS机器人操作系统全面资料汇总_ROS2_06

win10中ros软件包安装

​ROS 1最新的（LKG）编译好的安装包-Melodic​

要开始，请安装推荐的desktop_full元软件包。元软件包是其他软件包的集合。桌面完全元软件包是指构建，运行，调试和可视化机器人所需的许多其他软件包。

如上所述，以管理员身份打开Visual Studio命令提示符。

choco source add -n=ros-win -s="https://roswin.azurewebsites.net/api/v2" --priority=1
choco upgrade ros-melodic-desktop_full -y --execution-timeout=0


Windows使用ROS机器人操作系统全面资料汇总_ROS2_07

ros-melodic

​ROS 2最新的编译好的安装包-Dashing​

要开始使用ROS 2，也可以按照类似的步骤从同一Chocolatey Feed中安装ROS 2。

例如，如果要安装最新ROS2 Dashing版本，请打开上面创建的ROS命令提示符，如果尚未打开，请批准管理标高。

choco source add -n=ros-win -s="https://roswin.azurewebsites.net/api/v2" --priority=1
choco upgrade ros-dashing-desktop -y --execution-timeout=0 --pre

请一定，一定，一定测试安装是否成功！！！

ROS1：


Windows使用ROS机器人操作系统全面资料汇总_Windows_08

roscore

ROS2：


Windows使用ROS机器人操作系统全面资料汇总_ROS2_09

发布 Windows使用ROS机器人操作系统全面资料汇总_Arduino_10

接收

创建ROS命令窗口快捷方式

为了在Windows上使用ROS，需要在每个命令窗口中调用ROS设置脚本。为了将来不会忘记，使用自动执行此操作的ROS快捷方式将很有帮助。

  • 为Visual Studio创建一个管理命令行快捷方式：

  • 右键单击Windows资源管理器文件夹，选择“新建”>“快捷方式”

  • 在快捷方式路径中，根据上面安装的Visual Studio，从以下选项中复制突出显示的命令行：
  • 如果使用Community社区版本：
C:\\Windows\\System32\\cmd.exe /k "C:\\Program Files (x86)\\Microsoft Visual Studio\\2019\\Community\\Common7\\Tools\\VsDevCmd.bat" -arch=amd64 -host_arch=amd64 && c:\\opt\\ros\\melodic\\x64\\setup.bat
  • 如果使用的是Professional：
C:\\Windows\\System32\\cmd.exe /k "C:\\Program Files (x86)\\Microsoft Visual Studio\\2019\\Professional\\Common7\\Tools\\VsDevCmd.bat" -arch=amd64 -host_arch=amd64 && c:\\opt\\ros\\melodic\\x64\\setup.bat
  • 如果使用的是Enterprise：
C:\\Windows\\System32\\cmd.exe /k "C:\\Program Files (x86)\\Microsoft Visual Studio\\2019\\Enterprise\\Common7\\Tools\\VsDevCmd.bat" -arch=amd64 -host_arch=amd64 && c:\\opt\\ros\\melodic\\x64\\setup.bat
  • 将快捷方式命名为“ ROS”
  • 将该快捷方式设置为管理员
  • 右键单击快捷方式，然后选择“属性”。
  • 选择“快捷方式”选项卡（如果尚未选择）。
  • 按下[进阶]按钮
  • 检查按钮“以管理员身份运行”。
  • 在“高级属性”对话框上按“确定”。
  • 在“ ROS属性”快捷方式对话框上按“确定”。

参考：

ROS1:


C:\\Windows\\System32\\cmd.exe /k "D:\\Program Files (x86)\\Microsoft Visual Studio\\2019\\Community\\Common7\\Tools\\VsDevCmd.bat" -arch=amd64 -host_arch=amd64 && c:\\opt\\ros\\melodic\\x64\\setup.bat


ROS2:


C:\\Windows\\System32\\cmd.exe /k "D:\\Program Files (x86)\\Microsoft Visual Studio\\2019\\Community\\Common7\\Tools\\VsDevCmd.bat" -arch=amd64 -host_arch=amd64 && c:\\opt\\ros\\dashing\\x64\\local_setup.bat


(可选）使用新的Windows终端

Microsoft正在​​为Windows开发​​​新的​​开源终端​​​，该​​终端对​​​内置命令行进行了许多改进，包括选项卡和外观自定义。您可以从​​Microsoft Store​​安装它。

为ROS设置终端：

  • 从开始菜单中找到Windows终端，右键单击并选择“以管理员身份运行”
  • 从添加选项卡（+）按钮旁边的下拉箭头中选择设置。
  • 在“配置文件”部分，为ROS添加一个新块。
"profiles" : 
    [
        
            "acrylicOpacity" : 0.5,
            "background" : "#012456",
            "closeOnExit" : true,
            "colorScheme" : "Campbell",
            "commandline" : "C:\\\\Windows\\\\System32\\\\cmd.exe /k \\"C:\\\\Program Files (x86)\\\\Microsoft Visual Studio\\\\2019\\\\Community\\\\Common7\\\\Tools\\\\VsDevCmd.bat\\" -arch=amd64 -host_arch=amd64 && c:\\\\opt\\\\ros\\\\melodic\\\\x64\\\\setup.bat",
            "cursorColor" : "#FFFFFF",
            "cursorShape" : "bar",
            "fontFace" : "Consolas",
            "fontSize" : 10,
            "guid" : "xxxxx",
            "historySize" : 9001,
            "icon" : "ms-appx:///ProfileIcons/0caa0dad-35be-5f56-a8ff-afceeeaa6101.png",
            "name" : "ROS",
            "padding" : "0, 0, 0, 0",
            "snapOnInput" : true,
            "startingDirectory" : "c:\\\\ws",
            "useAcrylic" : true
        ,
  • 使用guid生成器自定义“ guid”条目。
  • （可选）在“全局”部分中将此GUId设置为“ defaultProfile”。

    "globals" : 
    
        "alwaysShowTabs" : true,
        "copyOnSelect" : false,
        "defaultProfile" : "xxxx",
        ....

启动新的Windows终端时，请记住以“以管理员身份运行”，方法是右键单击Windows终端并选择“以管理员身份运行”。在取消此要求之前，需要实施“ ​​始终运行终端”提升功能请求​​。

保持最新

如果要更新ROS安装，请使用Chocolatey的升级功能：

打开上面创建的ROS命令提示符，并批准管理海拔（如果尚未打开）。

运行以下命令：

choco upgrade ros-melodic-desktop_full -y --execution-timeout=0

建议添加 --execution-timeout=0 ，以避免由于网络缓慢而导致的chocolatey 安装失败。

3 ROS2：

安装：​​https://index.ros.org/doc/ros2/Installation/Dashing/Windows-Install-Binary/​​

使用类似ROS1方式更为简洁，也可以使用源码编译。

ROS1和ROS2在Windows 10中详细安装调试记录参考，如下链接：

​​Windows安装使用ROS机器人操作系统1&2记录​​

安装配置完成后，可以直接与Linux或MacOS中的ROS通讯互联，也可以连接丰富外部设备。

4 Ardurno：

什么是Arduino？（课程包含avr和arm）

Arduino是一个基于易于使用的硬件和软件的开源电子平台。 ​​Arduino开发板​​​能够读取传感器上输入，控制灯，按钮或Twitter消息-并将其转换为输出-启动电动机，打开LED并在线发布内容。可以通过向板上的微控制器发送一组指令来告诉该怎么做。为此，可以使用​​Arduino编程语言​​​（基于​​Wiring​​​）和​​Arduino软件（IDE）​​​（基于​​Processing）​​。

多年来，Arduino一直是数千个项目的大脑，从日常对象到复杂的科学仪器。这个开放源代码平台聚集了世界各地的开发人员社区，包括学生，业余爱好者，艺术家，程序员和专业人士，他们的贡献积累了无与伦比的​​可访问性知识​​，对新手和专家都可以提供极大的帮助。

Arduino出生于Ivrea交互设计学院，是一种快速原型制作的简便工具，主要面向没有电子和编程背景的学生。Arduino板一旦进入更广泛的社区，便开始进行更改以适应新的需求和挑战，将其产品从简单的8位板扩展到IoT应用，可穿戴，3D打印和嵌入式环境的产品。所有Arduino开发板都是完全开源的，使用户能够独立构建它们，并最终使它们适应其特定需求。该​​软件​​也是开源的，并且通过全球用户的贡献而不断发展。

为什么选择Arduino？

由于其简单易用的用户体验，Arduino已用于数千个不同的项目和应用程序中。Arduino软件对于初学者来说易于使用，但对于高级用户而言足够灵活。它可以在Mac，Windows和Linux上运行。老师和学生使用它来构建低成本的科学仪器，证明化学和物理原理，或​开始编程和机器人技术​。设计师和建筑师构建交互式原型，音乐家和艺术家将其用于安装并尝试新的乐器。例如，制造商当然会使用它来构建在Maker Faire上展出的许多项目。Arduino是学习新事物的关键工具。任何人-儿童，业余爱好者，艺术家，程序员-都可以按照套件的逐步说明进行修补，

还有许多其他微控制器和微控制器平台可用于物理计算。Parallax Basic Stamp，Netmedia的BX-24，Phidgets，MIT的Handyboard以及许多其他产品都提供了类似的功能。所有这些工具都采用了微控制器编程的繁琐细节，并将其包装在易于使用的程序包中。Arduino还简化了使用微控制器的过程，但与其他系统相比，它为教师，学生和感兴趣的业余爱好者提供了一些优势：

  • ​便宜​-与其他微控制器平台相比，Arduino板相对便宜。可以手动组装最便宜的Arduino模块版本，甚至预组装的Arduino模块的价格也不到50美元
  • ​跨平台​-Arduino软件（IDE）在Windows，Macintosh OSX和Linux操作系统上运行。大多数微控制器系统仅限于Windows。
  • ​简单，清晰的编程环境​-Arduino软件（IDE）对于初学者来说易于使用，但足够灵活，高级用户也可以利用。对于老师来说，它很方便地基于处理编程环境，因此学习在该环境中进行编程的学生将熟悉Arduino IDE的工作方式。
  • ​开源和可扩展软件​-Arduino软件作为开源工具发布，可供经验丰富的程序员进行扩展。可以通过C ++库扩展该语言，并且希望了解技术细节的人们可以从Arduino过渡到基于该语言的AVR C编程语言。同样，您可以根据需要将AVR-C代码直接添加到Arduino程序中。
  • ​开源和可扩展的硬件​-Arduino开发板的计划是在Creative Commons许可下发布的，因此经验丰富的电路设计人员可以制作自己的模块版本，进行扩展和改进。甚至相对没有经验的用户也可以构建该​​模块​​​的试验​​板版本，​​以了解其工作原理并节省资金。

如何使用Arduino？

请参阅​​入门指南​​​。如果您正在寻找灵感，可以在​​Arduino Project Hub​​上找到各种各样的教程。

Arduino入门指南的文本已获得 ​​Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License的许可​​。该指南中的代码示例已发布到公共领域。

安装：​​https://www.arduino.cc/en/Main/Software​​

选择windows版本直接安装即可使用，在库中可以直接安装加载ROS库。


Windows使用ROS机器人操作系统全面资料汇总_Windows_11

win10 ros2 arduino

5 Webots：

为什么选择Webots？

Webots是一个开放源代码的机器人模拟仿真器，它提供了完整的开发环境来对机器人进行建模，编程和仿真。全球数以千计的机构将其用于研发和教学。自1996年以来，Webots由​​洛桑​​​的​​瑞士联邦理工学院​​联合开发，经过全面测试，充分记录并持续维护。它是快速获得专业成果的最有效解决方案，包括：

  • ​复杂机器人系统的开发​-从头开始快速原型制作
  • ​模拟无人驾驶汽车​-配备传感器并与环境互动
  • ​验证新的机器人技术​—深度学习，进化算法，多智能体等。
  • ​训练练习的设置​-用于机器人教室 通过操纵杆，驱动轮，踏板和VR接口
  • ​对飞行员进行培训​直接向您的客户
  • ​提供定制的仿真​

Webots功能

  • ​精确的物理仿真模拟​-逼真的模拟依赖于已校准的模型
  • ​机器人，传感器，执行器和对象库​-模拟的构建块
  • ​导入/导出​— CAD模型，OpenStreetMap，电影，Web
  • ​API和插件​-编程语言，集成的IDE，场景树编辑器
  • ​多平台​-Windows，Linux，macOS（以及更多）

投资组合：基于Webots

  • ​行业​-他们在研发，测试和应用程序中使用Webots
  • ​学术界​-他们与Webots一起进行教学和研究
  • ​咨询​-我们为他们提供自定义的Webots模拟
  • ​欧洲研究部​-我们以财团成员的身份为他们提供专业知识

开始使用

请遵循以下步骤以熟练掌握Webots：

  1. 在Webots中学习3D导航：​​Viewpoint Control​​ [在线模拟]。
  2. 用Python​​编程​​​机器人：​​机器人编程​​ [在线模拟]。
  3. 探索更多高级编程：​​robotbenchmark.net​​ [在线模拟]。
  4. 下载，安装Webots并遵循《 Webots用户指南》的​​教程​​。
  5. ​​运用Cyberbotics机器人课程​​​进一步​​学习​​。

安装：​​https://www.cyberbotics.com/#download​​

选择windows版本，免费版本无服务支持。

6 V-Rep：

具有集成开发环境的机器人模拟仿真器V-REP基于分布式控制体系结构：每个对象/模型都可以通过嵌入式脚本，插件，ROS或BlueZero节点，远程API客户端或自定义进行单独控制解。这使得V-REP非常通用，非常适合多机器人应用。控制器可以用C / C ++，Python，Java，Lua，Matlab或Octave编写。

V-REP用于快速算法开发，工厂自动化仿真，快速原型制作和验证，机器人技术相关的教育，远程监控，安全性双重检查以及数字孪生等等。可以​​在此处​​​找到​​功能概述​​。

安装：​​http://coppeliarobotics.com/downloads.html​​

7 Matlab：

官网：​​https://ww2.mathworks.cn/products/matlab.html​​

8 ……

待完善……

依据反馈更新修正，感谢~


以上是关于Windows使用ROS机器人操作系统全面资料汇总的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

ROS2机器人资料21-11-02（全面升级）

ROS2初学者教程（Dashing和Eloquent）Windows

ROS2机器人课程教程培训汇总（2021版）

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ROS机器人程序设计（原书第2版）补充资料 （贰） 第二章 ROS系统架构及概念