Eine Einführung in ROS 2: Einrichtung Ihres ersten Robotersystems

• Für den Einstieg in die Einrichtung von Robotersystemen ist ROS 2 ein komplexes Robotersoftware-Framework mit verbesserter Sicherheit, Echtzeitfähigkeit und plattformübergreifender Unterstützung.
• Die kompatibelsten Ubuntu LTS-Versionen für die Installation von ROS 2 sind 22.04 oder 24.04, und stabile Distributionen wie Jazzy Jalisco sind eine gute Option.
• Grundlegende Konzepte wie ROS 2-Knoten, -Themen und -Nachrichten ermöglichen es Ihrem ersten ROS 2-Projekt, problemlos zu kommunizieren.
• ROS 2 bietet in Testumgebungen eine gute Echtzeitleistung. Für kritische Aufgaben kann jedoch eine zusätzliche Konfiguration erforderlich sein. Anfänger sollten in der Regel mit Python (rclpy) beginnen, da es einfacher ist.
• Der Einstieg erfolgt durch die Verwendung einfacher Terminalbefehle, das Ausführen von Verifizierungstests und das Erstellen eigener Pakete mit colcon. Gehen Sie bei den komplexeren Teilen der DDS-Middleware behutsam vor.

Warum ROS 2? Die Evolution der Robotik-Software

• Verbesserte Sicherheit: ROS 1 bot nur wenige integrierte Sicherheitsfunktionen. Dies stellte in vernetzten Umgebungen ein Risiko dar. ROS 2 beinhaltet nun Sicherheitsfunktionen wie Authentifizierung und Verschlüsselung. Dadurch ist Ihr Robotersystem besser vor Hackern geschützt.
• Echtzeitfunktionen : Eine enorme Verbesserung ist die Unterstützung von Echtzeitprozessen in ROS 2. ROS 1 hatte Schwierigkeiten mit zeitkritischen Aufgaben. ROS 2 ist für Anwendungen wie autonomes Fahren und Fabrikroboter konzipiert, bei denen Verzögerungen inakzeptabel sind. Dies wird durch verbesserte Middleware und die Zusammenarbeit mit Echtzeitbetriebssystemen erreicht.
• Funktioniert auf vielen Systemen: ROS 1 war üblicherweise nur für Linux verfügbar. ROS 2 läuft nun unter Windows, macOS und sogar auf kleinsten eingebetteten Systemen. Diese Flexibilität ermöglicht es deutlich mehr Entwicklern, mit ROS 2 zu arbeiten.

Schritt 1: Vorbereiten Ihrer Umgebung und Installieren von ROS 2

Empfohlenes Betriebssystem: Ubuntu für ROS 2

Installationsanleitung: Die Terminalbefehle

1. Richten Sie Ihre Quellenliste ein, um auf ROS 2-Pakete zuzugreifen:

    
   sudo apt update && sudo apt install curl gnupg lsb-release
   
    sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key \
    -o /usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg
   
    echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg] \
    http://packages.ros.org/ros2/ubuntu $(lsb_release -cs) main" \
    | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/ros2.list > /dev/null
    

2. Aktualisieren Sie Ihren Paketindex:

    
   sudo apt update
   

3. Installieren Sie das vollständige ROS 2 Desktop-Paket:

    
   sudo apt install ros-jazzy-desktop
    

4. Richten Sie Umgebungsvariablen ein, damit ROS 2 bei jedem Öffnen eines Terminals bereit ist:

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

Verifizierung: Ausführen des Beispiels „Sprecher-Zuhörer“.

1. Starten Sie in einem Terminal den Talker (Publisher):

    
   ros2 run demo_nodes_cpp talker
    

2. Starten Sie in einem anderen Terminal den Listener (Subscriber):

    
   ros2 run demo_nodes_cpp listener
    

Schritt 2: Die Kernkonzepte von ROS 2 für Anfänger

Knoten, Themen und Nachrichten

Dienste und Aktionen: Anfrage-Antwort-Kommunikation

Die Middleware verstehen (DDS)

Schritt 3: Erstellen Sie Ihr erstes benutzerdefiniertes Paket und Ihren ersten Code

Arbeitsbereich und Paket erstellen

1. Erstellen und Navigieren zu Ihrem Arbeitsbereich:

    
   mkdir -p ~/ros2_ws/src cd ~/ros2_ws/src
    

2. Generieren Sie ein Paket (z. B. mein_erstes_Paket):

    
   ros2 pkg create --build-type ament_python my_first_package
    

Python vs. C++: Die richtige Sprache wählen

• rclpy (Python): Leichter für Anfänger – schnell zu schreiben und zu debuggen. Vorteile: Gut lesbarer Code, große Bibliotheken. Nachteile: Langsamer bei hohen Leistungsanforderungen.
• rclcpp (C++): Schneller und effizienter, ideal für Echtzeitanwendungen. Vorteile: Bessere Kontrolle. Nachteile: Steilere Lernkurve.

 
import rclpy
 from rclpy.node import Node
 from std_msgs.msg import String

 class SimplePublisher(Node):
 def __init__(self):
 super().__init__('simple_publisher')
 self.publisher_ = self.create_publisher(String, 'chatter', 10)
 timer_period = 1.0 # seconds
 self.timer = self.create_timer(timer_period, self.timer_callback)
 
def timer_callback(self):
 msg = String()
 msg.data = 'Hallo, ROS 2!'
 self.publisher_.publish(msg)
 self.get_logger().info('Veröffentlichung: "%s"' % msg.data)

 def main(args=None):
 rclpy.init(args=args)
 node = SimplePublisher()
 rclpy.spin(node)
 node.destroy_node()
 rclpy.shutdown()

 if __name__ == '__main__':
 hauptsächlich() 

Der Build-Prozess: Colcon kompilieren und ausführen

 
colcon build --packages-select my_first_package
 source install/setup.bash

 
ros2 run my_first_package publisher_node.py 

 
ros2 topic echo /chatter
 

Wie geht es weiter? Erkundung des ROS 2-Ökosystems

• Offizielle ROS 2-Dokumentation
• Community-Foren
• Tutorials : Auf YouTube gibt es Videos mit dem Titel „ROS 2 Beginner Tutorial“, zum Beispiel von The Construct.