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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

https://microsoft.github.io/Win-RoS-Landing-Page/#
  • ROS官网windows安装文档网址:https://wiki.ros/Installation/Windows 

Arduinohttps://blog.csdn/ZhangRelay/article/details/104668711

Gazebohttps://blog.csdn/ZhangRelay/article/details/104900528


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-

必备工具,请安装最新版本

2 ROS1:

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

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

中文:https://blog.csdn/ZhangRelay/article/details/82928141

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。
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。

  • 下载Visual Studio 2019 (社区版免费

    • 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。
使用C++的桌面开发

安装到D:

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/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:

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/api/v2" --priority=1
choco upgrade ros-melodic-desktop_full -y --execution-timeout=0
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/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:

roscore

ROS2:

发布
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/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,Phidg​​ets,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/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。

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 [在线模拟]。
  4. 下载,安装Webots并遵循《 Webots用户指南》的教程。
  5. 运用Cyber​​botics机器人课程进一步学习。

安装:https://www.cyberbotics/#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/downloads.html

7 Matlab:

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

8 ……

待完善……


依据反馈更新修正,感谢~


 

本文标签: 机器人 操作系统 资料 Windows ROS