摘要

本文是为机器人操作系统（ROS 2）的绝对新手准备的保姆级教程。无需任何ROS或机器人背景，我将带你从环境配置、安装、第一个程序，到经典Turtlesim项目实战，并提供清晰的4周学习路线图。只需每天1-2小时，你就能开启ROS 2开发之旅！

📝 写给完全新手的你

别担心！ROS 2 刚开始可能看起来复杂，但我会带你从零开始，一步一步学会。就像学骑自行车，先学会推车，再学会骑，最后才能玩花样。

🚀 第0步：心理准备

  • ✅ 你不需要是编程专家
  • ✅ 你不需要是机器人专家
  • ✅ 你只需要：耐心 + 好奇心
  • ⏰ 每天学习1-2小时，4周后你就能做有趣的项目了！

🖥️ 第一步：准备你的电脑（1天）

1.1 选择操作系统（三选一）

推荐选择①：最容易成功
⬤ Ubuntu 22.04 LTS (⭐最推荐，90%的ROS用户用这个)
⬤ Windows 10/11 (需要WSL2，稍复杂)
⬤ macOS (可能遇到兼容性问题)

1.2 安装Ubuntu（如果你用Windows/macOS）

方案A：Windows用户 - 安装WSL2
# 以管理员身份打开PowerShell，运行：
wsl --install -d Ubuntu-22.04
# 安装完成后，重启电脑
方案B：macOS用户
# 安装Homebrew（如果还没装）
/bin/bash -c "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/HEAD/install.sh)"

# 安装Ubuntu虚拟机软件（如UTM）
方案C：直接安装Ubuntu（推荐）
  • 下载Ubuntu 22.04：官网下载
  • 制作启动U盘（用Rufus或balenaEtcher）
  • 安装到电脑（可以双系统）

📦 第二步：安装ROS 2（2小时）

2.1 跟着我一步步执行

打开终端（快捷键 Ctrl+Alt+T），逐行复制粘贴：

# 1. 设置语言（防止乱码）
sudo apt update
sudo apt install locales
sudo locale-gen en_US en_US.UTF-8
sudo update-locale LC_ALL=en_US.UTF-8 LANG=en_US.UTF-8
export LANG=en_US.UTF-8

# 2. 添加ROS 2软件源（就像在手机里添加应用商店）
sudo apt install software-properties-common
sudo add-apt-repository universe
sudo apt update && sudo apt install curl -y
sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key -o /usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg

# 3. 告诉电脑去哪里下载ROS 2
echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg] http://packages.ros.org/ros2/ubuntu $(. /etc/os-release && echo $UBUNTU_CODENAME) main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/ros2.list > /dev/null

# 4. 安装ROS 2（这步需要一些时间，去喝杯水吧）
sudo apt update
sudo apt upgrade -y
echo "开始安装ROS 2，大约需要15-30分钟..."
sudo apt install ros-humble-desktop python3-argcomplete -y

# 5. 设置环境变量（告诉系统ROS 2在哪里）
echo "source /opt/ros/humble/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

# 6. 验证安装（如果看到版本号，恭喜你！）
ros2 --version
# 应该显示：ros2 版本 humble

2.2 安装成功了吗？做个简单测试

# 在终端输入：
ros2 run demo_nodes_cpp talker

你应该看到：

[INFO] [1678888888.888888]: Publishing: 'Hello World: 1'
[INFO] [1678888889.888888]: Publishing: 'Hello World: 2'
...

在这里插入图片描述

按 Ctrl+C 停止。如果看到这些，恭喜！安装成功！

🎮 第三步：你的第一个ROS 2程序（2小时）

3.1 创建你的工作空间（就像建一个工作室）

# 1. 创建一个专门放ROS项目的文件夹
mkdir -p ~/ros2_learning/src  # -p表示创建多级目录
cd ~/ros2_learning

# 2. 看看你创建了什么
ls -la
# 你会看到：src/ 目录

3.2 创建第一个ROS包（就像创建一个项目）

# 1. 进入src目录
cd ~/ros2_learning/src

# 2. 创建Python包（--build-type ament_python表示这是Python项目）
ros2 pkg create my_first_ros2_package --build-type ament_python --dependencies rclpy

# 3. 看看创建了什么
ls my_first_ros2_package/

你会看到：

my_first_ros2_package/
├── package.xml    # 项目信息（名字、版本等）
├── setup.py       # 安装配置
├── setup.cfg      # 更多配置
└── my_first_ros2_package/  # 真正的代码在这里
    └── __init__.py

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

3.3 创建你的第一个节点（节点 = 小程序）

# 1. 进入包目录
cd my_first_ros2_package/my_first_ros2_package

# 2. 创建一个Python文件
touch my_first_node.py
chmod +x my_first_node.py  # 让它可执行

# 3. 用文本编辑器打开它
# vim my_first_node.py

复制粘贴以下代码到 my_first_node.py：

#!/usr/bin/env python3
# 上面这行告诉系统这是Python3程序

import rclpy  # ROS 2的Python库
from rclpy.node import Node  # 节点基类
import time

class MyFirstNode(Node):
    """
    我的第一个ROS 2节点
    这个节点会每隔1秒说一次"你好，ROS 2！"
    """
    
    def __init__(self):
        # 调用父类的初始化，给节点起名字
        super().__init__('my_first_node')
        
        # 打印欢迎信息
        self.get_logger().info('🎉 我的第一个ROS 2节点启动啦！')
        
        # 创建一个定时器，每秒调用一次say_hello函数
        self.create_timer(1.0, self.say_hello)
        
        # 计数器
        self.counter = 0
    
    def say_hello(self):
        """定时器回调函数：说你好"""
        self.counter += 1
        self.get_logger().info(f'👋 你好，ROS 2！这是第 {self.counter} 次问候')
        
        # 当说到第10次时，多说一句
        if self.counter == 10:
            self.get_logger().info('🎯 太棒了！我已经说了10次你好！')

def main(args=None):
    """
    主函数：程序的入口点
    """
    # 1. 初始化ROS 2
    rclpy.init(args=args)
    
    try:
        # 2. 创建节点实例
        node = MyFirstNode()
        
        # 3. 让节点保持运行（直到被停止）
        rclpy.spin(node)
        
    except KeyboardInterrupt:
        # 当用户按Ctrl+C时
        print('\n🛑 用户停止了程序')
    finally:
        # 4. 清理资源
        if 'node' in locals():
            node.destroy_node()
        rclpy.shutdown()
        print('🧹 程序已清理完毕')

# 这是Python的标准写法，表示如果直接运行这个文件，就执行main()
if __name__ == '__main__':
    main()

3.4 让系统认识你的程序

需要修改两个文件：

1. 修改 setup.py：

cd ~/ros2_learning/src/my_first_ros2_package
vim setup.py

找到这一部分，添加 'my_first_node = my_first_ros2_package.my_first_node:main',：

entry_points={
    'console_scripts': [
        'my_first_node = my_first_ros2_package.my_first_node:main',
    ],
},

2. 修改 setup.cfg：

vim setup.cfg

确保内容是这样的：

[develop]
script_dir=$base/lib/my_first_ros2_package
[install]
install_scripts=$base/lib/my_first_ros2_package

🏗️ 第四步：构建和运行（1小时）

4.1 构建你的包（就像编译程序）

# 1. 回到工作空间根目录
cd ~/ros2_learning

# 2. 构建包（第一次需要一些时间）
colcon build --packages-select my_first_ros2_package

在这里插入图片描述

4.2 设置环境变量（告诉系统去哪里找你的程序）

# 每次打开新终端都需要运行（或者加到.bashrc里）
source ~/ros2_learning/install/setup.bash

4.3 运行你的第一个节点！

# 运行你的节点
ros2 run my_first_ros2_package my_first_node

🎉 你应该看到：

[INFO] [1678888888.888888] [my_first_node]: 🎉 我的第一个ROS 2节点启动啦！
[INFO] [1678888889.888888] [my_first_node]: 👋 你好，ROS 2！这是第 1 次问候
[INFO] [1678888890.888888] [my_first_node]: 👋 你好，ROS 2！这是第 2 次问候
...

在这里插入图片描述

按 Ctrl+C 停止程序。

4.4 看看系统里有什么

在新的终端窗口运行：

# 1. 先设置环境
source ~/ros2_learning/install/setup.bash

# 2. 看看所有正在运行的节点
ros2 node list
# 你应该看到：/my_first_node

# 3. 看看节点的详细信息
ros2 node info /my_first_node

# 4. 按q退出查看

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

🎪 第五步：玩转小海龟（Turtlesim）经典教程（2小时）

Turtlesim 是ROS的"Hello World"，是一个可爱的小乌龟仿真器。

5.1 启动小海龟

# 打开终端1：运行小海龟仿真器
ros2 run turtlesim turtlesim_node

你会看到一个窗口，里面有一只小乌龟🐢。

5.2 控制小海龟

# 打开终端2：运行键盘控制
ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

现在你可以：

  • 按键盘方向键 ↑ ↓ ← → 控制乌龟移动
  • 按 G 和 B 改变背景颜色
  • 按 R 重置乌龟位置

5.3 查看通信情况

# 打开终端3：查看所有话题
ros2 topic list
# 你会看到：/turtle1/cmd_vel 等

# 查看乌龟位置
ros2 topic echo /turtle1/pose

# 查看按键发送的指令
ros2 topic echo /turtle1/cmd_vel

5.4 画一个正方形

# 打开终端4：创建一个画正方形的节点
cd ~/ros2_learning/src
ros2 pkg create draw_square --build-type ament_python --dependencies rclpy geometry_msgs

创建文件 draw_square/draw_square/draw_square.py：

#!/usr/bin/env python3
import rclpy
from rclpy.node import Node
from geometry_msgs.msg import Twist
import time

class DrawSquare(Node):
    def __init__(self):
        super().__init__('draw_square')
        
        # 创建发布者，发布到乌龟控制话题
        self.publisher = self.create_publisher(Twist, '/turtle1/cmd_vel', 10)
        
        # 等待发布者建立连接
        time.sleep(1)
        
        self.get_logger().info('开始画正方形...')
        self.draw_square()
    
    def draw_square(self):
        """画一个正方形"""
        for i in range(4):
            # 向前走
            self.move_forward(2.0, 1.0)  # 线速度2.0，走1秒
            
            # 停止一下
            self.stop(0.5)
            
            # 右转90度
            self.turn_right(1.5, 1.0)  # 角速度1.5，转1秒
            
            # 停止一下
            self.stop(0.5)
            
        self.get_logger().info('正方形完成！')
    
    def move_forward(self, speed, duration):
        """向前移动"""
        msg = Twist()
        msg.linear.x = speed  # 线速度
        msg.angular.z = 0.0   # 角速度
        
        self.publisher.publish(msg)
        time.sleep(duration)
    
    def turn_right(self, speed, duration):
        """右转"""
        msg = Twist()
        msg.linear.x = 0.0
        msg.angular.z = -speed  # 负值表示右转
        
        self.publisher.publish(msg)
        time.sleep(duration)
    
    def stop(self, duration):
        """停止"""
        msg = Twist()
        msg.linear.x = 0.0
        msg.angular.z = 0.0
        
        self.publisher.publish(msg)
        time.sleep(duration)

def main():
    rclpy.init()
    node = DrawSquare()
    rclpy.shutdown()

if __name__ == '__main__':
    main()

需要修改两个文件：

1. 修改 setup.py：

cd ~/ros2_learning/src/draw_square
vim setup.py

找到这一部分，添加 'draw_square = draw_square.draw_square:main',：

entry_points={
    'console_scripts': [
        'draw_square = draw_square.draw_square:main',
    ],
},

在这里插入图片描述

2. 修改 setup.cfg：

vim setup.cfg

确保内容是这样的：

[develop]
script_dir=$base/lib/draw_square
[install]
install_scripts=$base/lib/draw_square

构建并运行：

cd ~/ros2_learning
colcon build --packages-select draw_square
source install/setup.bash
ros2 run draw_square draw_square

看！小乌龟会画一个正方形！

📚 第六步：学习路线图（4周计划）

第1周：熟悉基础（每天1-2小时）

周一：安装ROS 2（跟着上面的步骤）
周二：创建第一个节点（my_first_node）
周三：玩转Turtlesim（画正方形）
周四：学习话题（Topic）概念
周五：创建发布者和订阅者
周六：复习+做练习
周日：休息

第2周：通信机制

周一：服务（Service）通信
周二：动作（Action）通信
周三：参数（Parameter）管理
周四：使用launch文件启动多个节点
周五：自定义消息类型
周六：小项目：遥控小车
周日：休息

第3周：实用工具

周一：RViz2可视化工具
周二：TF2坐标变换
周三：rosbag2数据记录
周四：Gazebo仿真环境
周五：调试技巧和命令行工具
周六：项目：让小车在Gazebo中跑起来
周日：休息

第4周：实际项目

周一：SLAM基础（建地图）
周二：导航基础（路径规划）
周三：摄像头图像处理
周四：综合项目：自主导航小车
周五：代码优化和调试
周六：展示你的项目
周日：庆祝！

❓ 常见问题解答

Q1：我卡住了，哪里出错了？

# 1. 检查ROS 2安装
ros2 doctor

# 2. 检查环境变量
echo $ROS_DISTRO  # 应该显示：humble

# 3. 检查Python版本
python3 --version  # 应该显示：3.8或更高

Q2：我修改了代码，但运行还是旧版本？

# 需要重新构建
cd ~/ros2_learning
colcon build --packages-select 你的包名
source install/setup.bash

Q3：命令记不住怎么办？

完全正常！我刚开始也记不住。创建一个小抄：

# 常用命令小抄
ros2 node list        # 查看所有节点
ros2 topic list       # 查看所有话题
ros2 service list     # 查看所有服务
ros2 run 包名 节点名   # 运行节点
ros2 pkg create ...   # 创建包
colcon build          # 构建包

🎁 给你的小练习

练习1：改进问候程序

修改 my_first_node.py，让它：

  1. 问候语随机选择（“你好”、“嗨”、"Hello"等）
  2. 每隔5次问候，说一下当前时间

练习2：让小乌龟画个圆

创建新节点，让小乌龟画一个完美的圆形

练习3：双龟赛跑

创建两个乌龟，让它们比赛谁先到终点

💪 下一步行动

  1. 今天：完成第1-4步，运行你的第一个节点
  2. 明天：玩转Turtlesim，画正方形
  3. 本周内：完成第1周的学习计划

记住：每个人都是从零开始的。遇到问题是正常的，解决一个，你就进步一点。

希望这篇详细的ROS 2入门指南能帮助你顺利开启机器人开发之旅！如果在学习过程中遇到任何问题，欢迎在评论区留言交流，我会尽力解答。学习ROS 2就像学习一门新的语言，需要时间和实践，但一旦掌握，你将能创造出令人惊叹的机器人应用！

祝学习顺利，期待看到你的第一个ROS 2项目！🚀

Happy Coding!
你的机器人学习伙伴

#ROS2 #机器人编程 #入门教程 #Python

本文为原创内容，版权归作者所有，转载需注明出处。

Logo
DAMO开发者矩阵

DAMO开发者矩阵，由阿里巴巴达摩院和中国互联网协会联合发起，致力于探讨最前沿的技术趋势与应用成果，搭建高质量的交流与分享平台，推动技术创新与产业应用链接，围绕“人工智能与新型计算”构建开放共享的开发者生态。

更多推荐

cover

小智AI机器人开发系列项目之（2）小智AI智能风扇控制系统-基于STM32F103+ESP32-S3开发板（附教程/源码）

avatar DAMO开发者矩阵
cover

【无标题】

avatar DAMO开发者矩阵
cover

获10亿元B轮融资，星海图成新年首只百亿具身独角兽

avatar DAMO开发者矩阵