ROS2机器人操作系统使用及简介
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前言
1.基本定位：ROS2（Robot Operating System 2）不是传统意义上的“操作系统”，而是一款运行在 Linux、Windows、macOS 乃至 RTOS 之上的开源机器人中间件与开发框架，为机器人应用提供通信、驱动、算法、工具链一站式支持 。
2.版本演进：2020 年发布 ROS1 最终版，官方维护将于 2025 年终止；ROS2 自 2017 年起进入稳定迭代，2022 年推出首个 5 年长支持版（LTS），全面取代 ROS1 成为官方主线 。
3.分布式架构：取消 ROS1 的中心 Master 节点，采用基于 DDS（Data Distribution Service）的 P2P 发现机制，任何节点故障不会导致系统整体崩溃，支持热插拔与弹性扩展 。
4.实时性与 QoS：底层 DDS 提供毫秒级实时传输、可配置 QoS 策略（可靠/尽最大努力、历史深度、截止期限等），满足工业控制、自动驾驶等高实时场景 。
5.跨平台支持：原生支持 Ubuntu、Windows、macOS，同时可移植到 FreeRTOS、Zephyr 等嵌入式实时系统，甚至裸机环境，为“云-边-端”统一开发奠定基础 。
6.多语言与混合编程：核心客户端库提供 C++（rclcpp）与 Python3（rclpy）两种官方 API，节点间通过话题/服务/动作通信，语言无关，可在同一项目中混合使用 。
7.功能包管理: 以“功能包（Package）”为最小软件单元，使用 colcon 构建工具与 ament 编译系统，支持 CMake、Python setuptools 等多种构建后端，依赖管理与并行编译更加清晰 。
8.启动与部署：launch 文件支持 Python、XML、YAML 三种格式，可一次性启动多节点并配置参数、重映射、命名空间；结合容器与 snap 打包，实现一键部署与 OTA 升级 。
9.安全机制：内置 SROS2 插件，提供节点身份认证、通信加密与访问控制，符合工商业部署对数据保密与功能安全的要求 。
10.生态与社区：官方维护导航2（Navigation 2）、MoveIt2、rosbag2、Gazebo 等成熟项目，涵盖感知、规划、控制、仿真全链路；全球社区活跃，每年 5 月 23 日“世界海龟日”发布新版本 。
1.编写发布话题的节点
#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"
using namespace std::chrono_literals;
class TalkerNode : public rclcpp::Node
{
public:
TalkerNode()
: Node("talker"), count_(0)
{
pub_ = create_publisher<std_msgs::msg::String>("my_topic", 10);
timer_ = create_wall_timer(
1s, [this]() {
auto msg = std_msgs::msg::String();
msg.data = "Hello ROS2 [" + std::to_string(count_++) + "]";
RCLCPP_INFO(get_logger(), "Publish: '%s'", msg.data.c_str());
pub_->publish(msg);
});
}
private:
rclcpp::Publisher<std_msgs::msg::String>::SharedPtr pub_;
rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_;
size_t count_;
};
int main(int argc, char *argv[])
{
rclcpp::init(argc, argv);
rclcpp::spin(std::make_shared<TalkerNode>());
rclcpp::shutdown();
return 0;
}
2.编写订阅话题的节点
#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"
class ListenerNode : public rclcpp::Node
{
public:
ListenerNode()
: Node("listener")
{
sub_ = create_subscription<std_msgs::msg::String>(
"my_topic", 10,
[this](std_msgs::msg::String::UniquePtr msg) {
RCLCPP_INFO(get_logger(), "Received: '%s'", msg->data.c_str());
});
}
private:
rclcpp::Subscription<std_msgs::msg::String>::SharedPtr sub_;
};
int main(int argc, char *argv[])
{
rclcpp::init(argc, argv);
rclcpp::spin(std::make_shared<ListenerNode>());
rclcpp::shutdown();
return 0;
}
3.修改工程配置文件CMakeLists.txt
在生成的工程源文件CMakeLists.txt末尾添加如下几行：
find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(std_msgs REQUIRED)
add_executable(talker src/talker.cpp)
ament_target_dependencies(talker rclcpp std_msgs)
add_executable(listener src/listener.cpp)
ament_target_dependencies(listener rclcpp std_msgs)
install(TARGETS
talker
listener
DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})
4.ros2机器人操作系统常见命令
# 1.1 创建工作空间
mkdir -p ~/ros2_ws/src
cd ~/ros2_ws/src
# 1.2 创建 C++ 功能包（依赖 rclcpp + std_msgs）
ros2 pkg create --build-type ament_cmake topic_demo_cpp \
--dependencies rclcpp std_msgs
cd topic_demo_cpp/
xxx@xxx-virtual-machine:~/ros2_ws/src/topic_demo_cpp$ ls
CMakeLists.txt include package.xml src
cd ~/ros2_ws
进行编译：
colcon build --packages-select topic_demo_cpp
xxx@xxx-virtual-machine:~/ros2_ws$ colcon build --packages-select topic_demo_cpp
Starting >>> topic_demo_cpp
Finished <<< topic_demo_cpp [11.8s]
Summary: 1 package finished [14.4s]
然后打开两个终端进行分别运行话题程序：
source install/setup.bash
ros2 run topic_demo_cpp talker
xxx@xxx-virtual-machine:~/ros2_ws$ source install/setup.bash
ros2 run topic_demo_cpp talker
[INFO] [1757824574.074691898] [talker]: Publish: 'Hello ROS2 [0]'
[INFO] [1757824575.074382738] [talker]: Publish: 'Hello ROS2 [1]'
[INFO] [1757824576.074728664] [talker]: Publish: 'Hello ROS2 [2]'
[INFO] [1757824577.074485747] [talker]: Publish: 'Hello ROS2 [3]'
[INFO] [1757824578.074467145] [talker]: Publish: 'Hello ROS2 [4]'
[INFO] [1757824579.074780334] [talker]: Publish: 'Hello ROS2 [5]'
[INFO] [1757824580.074484087] [talker]: Publish: 'Hello ROS2 [6]'
[INFO] [1757824581.074796501] [talker]: Publish: 'Hello ROS2 [7]'
[INFO] [1757824582.074495840] [talker]: Publish: 'Hello ROS2 [8]'
[INFO] [1757824583.074519669] [talker]: Publish: 'Hello ROS2 [9]'
[INFO] [1757824584.074614101] [talker]: Publish: 'Hello ROS2 [10]'
[INFO] [1757824585.074600317] [talker]: Publish: 'Hello ROS2 [11]'
[INFO] [1757824586.074624881] [talker]: Publish: 'Hello ROS2 [12]'
打开订阅话题端的程序：
source install/setup.bash
ros2 run topic_demo_cpp listener
[INFO] [1757824626.075986925] [listener]: Received: 'Hello ROS2 [52]'
[INFO] [1757824627.076822848] [listener]: Received: 'Hello ROS2 [53]'
[INFO] [1757824628.075944581] [listener]: Received: 'Hello ROS2 [54]'
[INFO] [1757824629.076330182] [listener]: Received: 'Hello ROS2 [55]'
[INFO] [1757824630.076542621] [listener]: Received: 'Hello ROS2 [56]'
[INFO] [1757824631.076735672] [listener]: Received: 'Hello ROS2 [57]'
[INFO] [1757824632.076227658] [listener]: Received: 'Hello ROS2 [58]'
[INFO] [1757824633.075978980] [listener]: Received: 'Hello ROS2 [59]'
[INFO] [1757824634.076299550] [listener]: Received: 'Hello ROS2 [60]'
[INFO] [1757824635.076765036] [listener]: Received: 'Hello ROS2 [61]'
[INFO] [1757824636.076729668] [listener]: Received: 'Hello ROS2 [62]'
[INFO] [1757824637.076584241] [listener]: Received: 'Hello ROS2 [63]
打开第三个终端使用如下命令查看当前系统中有哪些节点：
xxx@xxx-virtual-machine:~/ros2_ws$ ros2 node list
/listener
/talker
查看有哪些服务的命令：
xxx@xxx-virtual-machine:~/ros2_ws$ ros2 service list
/listener/describe_parameters
/listener/get_parameter_types
/listener/get_parameters
/listener/list_parameters
/listener/set_parameters
/listener/set_parameters_atomically
/talker/describe_parameters
/talker/get_parameter_types
/talker/get_parameters
/talker/list_parameters
/talker/set_parameters
/talker/set_parameters_atomically
查看有哪些接口的命令：
ronlong@tronlong-virtual-machine:~/ros2_ws$ ros2 interface list
Messages:
action_msgs/msg/GoalInfo
action_msgs/msg/GoalStatus
action_msgs/msg/GoalStatusArray
actionlib_msgs/msg/GoalID
actionlib_msgs/msg/GoalStatus
actionlib_msgs/msg/GoalStatusArray
builtin_interfaces/msg/Duration
builtin_interfaces/msg/Time
diagnostic_msgs/msg/DiagnosticArray
...
使用图形化的方式直观地显示当前ros2的消息的传递情况：rqt
总结
ROS2操作系统，对于发布消息具有非常好的效果，其实也可以用到其它对于信息传输比较严格的地方，以上就是使用ROS2操作系统的一些简单的演示。
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。
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