程序员经验分享-hwhale

为PX4建立ROS2环境，x86与树梅派

2023-05-16

本文参考官网：https://docs.px4.io/master/en/ros/ros2_comm.html

本文介绍了ROS2的应用程序通过Fast DDS中间件与PX4的仿真环境连接，有两种构型，一种是将ROS2安装在x86的Ubuntu机器上，Fast DDS以及仿真环境也安装在这台机器上，在同一台机器上，ROS2的应用程序通过Fast DDS中间件与PX4的仿真环境连接。第二种构型是将ROS2安装在Raspberry Pi 3B+的Ubuntu机器上，同时将Fast DDS中间件也安装在Raspberry Pi 3B+中，PX4的仿真环境则在一台x86机器上，在Raspbeery Pi上，OS2应用程序通过Fast DDS中间件与x86机器上的PX4的仿真环境连接。

对于第一种构型，我采用二进制的办法安装ROS2，本文没有介绍这种安装的具体步骤，可参考官网安装即可，基本没有出现问题。对于第二种构型，我采用源码级安装ROS2，本文介绍了具体的安装步骤。

注：本文没有介绍如何安装Fast DDS，在这里介绍。

版本说明：

x86 + ubuntu 20.04 server

raspberry pi 3B+ + ubuntu 20.04 server，32G

ROS2 foxy，2020发布

把ROS2与PX4集成，需要

  • 安装Fast DDS

  • 安装ROS2

  • 建立ROS2工作空间

  • 做一次安装检查（可选）

1.安装ROS2

可以安装二进制代码（参见），也可以安装源代码编译形成可执行程序（参见），在一般的x86 ubuntu机器上直接安装二进制的就可以了。在Raspberry Pi 3B+这种ARM机器上安装源码然后再编译形成可执行程序会消耗一些时间，源码安装的好处是所有ros2的东西都安装上了，尽管也许你并不需要那么多功能。

把ROS2装在Raspberry Pi 3B+，花了10多个小时

  • 增加ROS2的apt资源

sudo apt update && sudo apt install curl gnupg2 lsb-release

其中：curl是从网上获取linux工具的软件，gnupg2是从网上获取资源通讯时的加密机制，lsb-release命令获取linux的版本等信息。

然后授权获取ros资源：

sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key  -o /usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg

把apt能够获取的ros资源列表增加到apt资源列表中：

echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg] http://packages.ros.org/ros2/ubuntu $(source /etc/os-release && echo $UBUNTU_CODENAME) main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/ros2.list > /dev/null

  • 安装开发工具和ros工具：

sudo apt update && sudo apt install -y \
  build-essential \
  cmake \
  git \
  libbullet-dev \
  python3-colcon-common-extensions \
  python3-flake8 \
  python3-pip \
  python3-pytest-cov \
  python3-rosdep \
  python3-setuptools \
  python3-vcstool \
  wget
# install some pip packages needed for testing
python3 -m pip install -U \
  argcomplete \
  flake8-blind-except \
  flake8-builtins \
  flake8-class-newline \
  flake8-comprehensions \
  flake8-deprecated \
  flake8-docstrings \
  flake8-import-order \
  flake8-quotes \
  pytest-repeat \
  pytest-rerunfailures \
  pytest
# install Fast-RTPS dependencies
sudo apt install --no-install-recommends -y \
  libasio-dev \
  libtinyxml2-dev
# install Cyclone DDS dependencies
sudo apt install --no-install-recommends -y \
  libcunit1-dev

  • 获取ROS2源代码

建立一个工作空间然后下载所有资源源代码：

mkdir -p ~/ros2_foxy/src
cd ~/ros2_foxy
wget https://raw.githubusercontent.com/ros2/ros2/foxy/ros2.repos
vcs import src < ros2.repos

最后这条语句是要下载若干个项目的源代码，但是github.com根本连不上，或者下载速度极慢，所以需要把ros2.repos文件中的网址都换成快一点的网址即可，捡到一个还不错：hub.fastgit.xyz，不能保证不过期。

  • 用rosdep安装系统依赖资源

sudo rosdep init
rosdep update
rosdep install --from-paths src --ignore-src -y --skip-keys "fastcdr rti-connext-dds-5.3.1 urdfdom_headers"

  • 在工作空间中构建代码

cd ~/ros2_foxy/
colcon build --symlink-install

一共311个程序编译，这是安装过程最花时间的地方，其实也用不了那么多功能，编到最后实在编不动了，这小树梅派就停在那里，时间在计数，就是不前进了，记住停在哪里了，ctrl+c中断，就用touch COLCON IGNORE去掉了

system_tests/test_commnuication

rviz_default_plugin

然后重新执行上面语句，还好是增量编译，顺利，整个编译就完成了，花了10多个小时，当然如果是好一点的机器肯定会快。编译完，sd卡消耗掉10多个G。所以建议sd卡要32G以上。另外为你的ubuntu的swap文件留1G的空间，如果没有设置swap，可能编译不过去。

  • 建立环境

定位setup脚本

. ~/ros2_foxy/install/local_setup.bash

  • 运行例子程序“talker-listener”

打开一个终端：

. ~/ros2_foxy/install/local_setup.bash
ros2 run demo_nodes_cpp talker

打开另一个终端：

. ~/ros2_foxy/install/local_setup.bash
ros2 run demo_nodes_py listener

这个例子是要证明一个C++编写的程序发布消息，一个python语言编写的程序可以听到这个消息。

测试例子通过，没什么问题。

2.建立工作空间

注：本人x86笔记本ubuntu中用二进制的办法安装了ROS2, 以下建立工作空间与安装测试是在x86笔记本上进行。

先安装如下工具：

安装colcon编译工具

sudo apt install python3-colcon-common-extensions

安装C++矩阵运算库

sudo apt install ros-foxy-eigen3-cmake-module

注：二进制安装没有问题，源码级安装不需要这一步。

安装python依赖库

sudo pip3 install -U empy pyros-genmsg setuptools
sudo apt-get install python3-genmsg

建立工作空间所在目录

$mkdir -p ~/px4_ros_com_ros2/src

克隆ROS2与PX4的microRTPS Bridge源代码

$ git clone https://github.com/PX4/px4_ros_com.git ~/px4_ros_com_ros2/src/px4_ros_com
$ git clone https://github.com/PX4/px4_msgs.git ~/px4_ros_com_ros2/src/px4_msgs

构建工作空间

工作空间包括microRTPS Bridge中间件，在PX4的1.13版本中，确认以下两个文件在内容上是一致的：

PX4-Autopilot/msg/tools/urtps_bridge_topics.yaml
px4_ros_com_ros2/src/px4_ros_com/templates/urtps_bridge_topics.yaml

注意：ROS2接受的是PascalCase格式的话题名。msg/tools/uorb_to_ros_urtps_topics.py程序可以将urtps_bridge_topics.yaml文件中对话题的下划线表示法转换成PascalCase表示法。PX4接受的是下划线表示法，ROS这边接受的是Pascal表示法，所谓PascalCase如例所示：sensor_combined转换成SensorCombined。

$ cd ~/px4_ros_com_ros2/src/px4_ros_com/scripts
$ source build_ros2_workspace.bash

注：如果是二进制安装的ROS2（我在x86笔记本上就是二进制ROS2安装）, 执行source build_ros2_workspace.bash没有问题，但是如果ROS2是源码编译安装（我在Raspberry Pi上就是源码级ROS2安装），执行此语句会出错。

问题一。由于ROS2在树梅派上是源码级安装，执行这个bash文件时出现如下提示：

- No ROS 2 distro installed or not installed in the default directory.

所以，在执行build_ros2_workspace.bash时需要加选项，由于在树梅派上安装的ros2是源码安装的，编译结果被安装在ros2_foxy/install目录中，这样需要执行下面语句:

$ source build_ros2_workspace.bash --ros_distro foxy --ros_path ~/ros2_foxy/install/setup.bash

其中：

选项--ros_distro指定ros2的版本，我安装的是foxy版本。

选项—ros_path是指定ros2的安装目录以及其中的setup.bash名字，我的ros2安装目录是~/ros2_foxy/install，加上setup.bash名字。

问题二。这个bash在调用generate_microRTPS_bridge.py生成microRTPS_bridge相关源代码时，这个py程序用ros-foxy-fastrtps判断fastrtps的版本号。因为我的ros2是源码级安装，不需要安装ros-foxy-fastrtps这个软件包，由于找不到这个软件包，这个py程序就蹦出来了，还好，把错误写在~/px4_ros_com_ros2/build/px4_ros_com/micrortps_bridge.log中。这与官网上报告的错误一样build_ros2_workspace.bash failed #123。说明这个程序在这个地方是为ROS2二进制安装准备的，而没有测试过源码安装。

解决办法是，修改generate_fastrtps.py这个程序，直接对变量fastrtps_version赋值成2.1.1。

语句 fastrtps_version = ‘2.1.1’。再运行这个构建过程，正常了。

3. 安装测试

注：由于PX4的1.12与1.13版本对yaml文件处理的方式稍有变化，带来了不兼容。目前下载的ROS2 foxy与PX4 1.13是可以匹配的，但是ROS2 foxy与PX4 1.12不匹配.

3.1 启动gazebo仿真环境

$ make px4_sitl_rtps gazebo

注：gazebo仿真环境启动后自动启动了micrortps_client,等待连接的micrortps_agent缺省地设置为本机：127.0.0.1。如果micrortps_agent是在一个有wifi连接的树梅派上运行，那么连接这个agent则需要指定这个树梅派的ip地址,假设地址是192.168.3.18。需要重新启动micrortps_client,如下：

先停止

pxh> micrortps_client stop
再启动
pxh> micrortps_client start -t UDP -i 192.168.3.18

3.2 启动microRTPS代理

$ source ~/px4_ros_com_ros2/install/setup.bash
$ micrortps_agent -t UDP

注：micrortps_agent如果运行在树梅派上，树梅派又与你的宿主机之间有wifi连接，那么可以试一下在宿主机中运行PX4的软件仿真，让micrortps_agent与仿真环境下的micrortps_client连接，不过需要在运行micrortps_client时指定树梅派的ip地址。如：3.1节所述。

3.3. 启动接收sensor_combined话题数据的应用程序

$ source ~/px4_ros_com_ros2/install/setup.bash
$ ros2 launch px4_ros_com sensor_combined_listener.launch.py

如果成功，则ROS2就装好了。

​

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PX4

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