课程： ROS2从入门到实践

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ROS2从入门到实践

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袁老师
某自动驾驶创业公司合伙人兼技术负责人，

时间地点：北京、深圳、上海根据报名开班

课程费用：5000元/人

报公开课

要内训

企业内训：可以根据企业需求,定制内训,详见内训学习手册

认证方式：
培训前了解能力模型。
培训后进行能力评测：

在线考试

能力分析，给出学习建议

合格者颁发证书，作为职业技能资格证明

机器人已经广泛应用于各种领域，例如自动驾驶、移动机器人、操作机器人、信息机器人等。机器人系统是很多复杂算法模块的集合，如障碍物检测、行为决策、智能控制、环境识别等。任何机器人平台的软件堆栈都需要多种软件工具，如硬件驱动程序、网络模块、通信架构和多种机器人算法。 ROS 就是一个强大的机器人编程框架，可以简化机器人应用开发。 ROS 不仅仅是一个中间件，而且用于机器人导航，感知，控制，运动规划，模拟等的无数解决方案和软件包的可用性使 ROS 无法消除。
ROS 目前推出了 ROS1 和 ROS2 两个版本。
ROS 具有如下局限性
• ROS 不支持具有相同主节点的多个机器人。
• ROS 本身不支持实时操作，因此不适合时间关键型应用程序。
• ROS 需要高计算资源和板载网络连接才能获得最佳性能。
• 已部署机器人的包管理是有限的。
• 在商业环境中，多个机器人的监控、记录、分析和维护任务非常困难。
• 多机器人 / 车队管理和交互是不可能的。

由于这些原因， ROS 2 被引入改进的架构和增强的功能，并正在迅速被机器人社区采用。如下是 ROS2 的架构概览图：

ROS 1和 ROS 2的特性对比如下：

ROS 1	ROS 2
使用 TCPROS （ TCP/IP 的自定义版本）通信协议	使用 DDS （数据分发系统）进行通信
使用 ROS Master 进行集中式发现和注册。如果主节点发生故障，完整的通信管道容易发生故障	使用 DDS 分布式发现机制。 ROS 2 提供了一个自定义 API 来获取有关节点和主题的所有信息
ROS 只能在 Ubuntu OS 上运行	ROS 2 与 Ubuntu 、 Windows 10 和 OS X 兼容
使用 C++ 03 和 Python2	使用 C++ 11 （可能可升级）和 Python3
ROS 仅使用 CMake 构建系统	ROS 2 提供了使用其他构建系统的选项
是否具有使用单个 CMakeLists 调用的多个包的组合生成 .txt	支持包的独立构建，以更好地处理包间依赖关系
消息文件中的数据类型不支持默认值	消息文件中的数据类型现在可以在初始化时具有默认值
roslaunch 文件是用 XML 编写的，但功能有限	roslaunch 文件是用 Python 编写的，以支持更可配置和有条件的执行
即使使用实时操作系统，也无法确定性地支持实时行为	支持通过 RTPREEMPT 等

ROS2 相较 ROS1 运行更可靠，持续性更好，更节省资源，消息传递实时性更佳，因此 ROS2 更适合应用在工业生产环境。基于 ROS2 的以上特点，该框架被广泛应用与工厂 AGV 作业机器人、智能立体仓库、送餐及快递等服务机器人、自动驾驶、机械手智能控制等新兴智能机器人领域。

培训目标：

• 掌握ROS2框架的基本概念和通信机制；
• 精通ROS2的优势和特点，能使用C++或python高效实现自己的ROS系统；
• 掌握ROS2在复杂系统中的应用，真正将ROS2应用于大型机器人的项目中；
• 学会使用NAV2框架进行自动驾驶系统搭建；
• 通过ROS2应用实例学习架构和开发方法。

培训对象：面向机器人和自动驾驶领域的专业技术人员；

学员基础：有一定C++或者python基础，熟悉Linux操作系统；

授课方式：定制课程 + 案例讲解 + 小组讨论，60%案例讲解，40%实践演练

培训内容：3天

第1章　ROS2基础	• ROS2 简介 • ROS2 框架介绍设计目标 ROS2 的系统架构 ROS2 关键中间件 DDS ROS2 的通信模型 • ROS2 安装与体验设置编码设计软件源安装 ROS2 包环境设置
第2章　ROS2核心概念	• Turtlesim 与 rqt 使用 Turtlesim 介绍与安装 Turtlesim 启动与操控 rqt 安装与使用 • Node 介绍 ROS2 graph 介绍 Nodes 运行原理如何运行一个 Node • Topic 通信 Topic 消息传递原理介绍 Topic 的启动与 rqt graph 查看 Topic 相关 ROS2 命令的使用 Turtlesim 中的 TOPIC 介绍 • Services 通信 Services 原理介绍 Services 的配置与使用 Services 常用命令解释 Turtlesim 中 Services 的使用 • 参数服务参数服务介绍与设置 Param 相关命令使用 Turlesim 中 param 的使用 Param 文件的加载与下载 • Actions 通信 Actions 通信原理介绍 Actions 的配置与使用 Action 相关命令使用
第3章 ROS2编程基础	• ROS2 工作空间与软件包工作空间介绍与创建 ROS2 Package 介绍创建、编译和使用 pakage package.xml 文件介绍 • Publisher 与 Subscriber 编程创建 package Publisher node C++ 编程 Subscriber node C++ 编程 Publisher 与 Subscriber 运行 Publisher node python 编程 Subscriber node python 编程 Publisher 与 Subscriber 运行 • Services 与 Client 编程创建 package Service node C++ 编程 Client node C++ 编程 Service 与 Client 运行 Service node python 编程 Client node python 编程 Service 与 Client 运行 • 自定义 msg 和 srv 创建 package 和自定义文件 CMakeLists.txt 和 package.xml 配置编译功能包如何自定义 msg . 如何自定义 srv Parameters 运用 • Parameters 运用 C++ 包中 parameters 使用方法 python 包中 parameters 使用方法 • Action 通信编程自定义 Action 创建与编译 Action server 与 ClientC++ 编程 Action server 与 Client python 编程 • 大型项目 Launch 的使用 Launch 文件介绍与简单创建与使用大项目中 Launch 文件创建 Launch 如何加载 YAML 参数 Nodes 的 reusing 与参数 overrides Node 属性 Remapping 配置文件加载 Launch 文件运行
第4章ROS2进阶之TF2	• TF2 简介 demo 安装与运行 TF2 可视化与调试工具介绍 • TF2 静态变换发布 TF2 静态变换 python 编程 TF2 静态变换 C++ 编程 • TF2 动态变换发布 TF2 动态变换 python 编程 TF2 动态变换 C++ 编程 • TF2 坐标监听 TF2 变换监听 python 编程 TF2 变换监听 C++ 编程 • 新增 TF2 坐标系通过 python 编程增加 Frame 通过 C++ 编程增加 Frame • TF2 的 timeout 与 time travel 介绍 python 中的应用介绍 C++ 编程中的应用
第5章ROS2进阶之URDF	• URDF 介绍 • 利用 URDF 创建静态机器人模型 • 用 URDF 创建动态机器人模型头部创建手指创建手臂创建运动关节创建模型加载与运行 • 在 URDF 中添加物理属性惯性属性添加碰撞属性添加关节运动参数添加 • XACRO 如何简化 URDF 文件 Xacro 文件的作用介绍如何使用 Xacro Macros 的简化与参数化 • URDF 与 robot_state_publisher 创建 package 与 URDF 文件发布机器人状态信息创建 launch 文件 Setup 配置 Package 安装与使用
第6章 ROS2实战之Nav2	• Navigation2 介绍与安装 Nav2 介绍 Nav2 构建与安装 • Nav2 基础概念 ROS2 基础之 Action 、 Node 与 Bond 行为树导航服务器环境表达 • Nav2 实战基础 Nav2 如何配置 TF Nav2 如何配置 URDF 模型 Nav2 如何配置里程计 Nav2 如何配置传感器 Nav2 如何配置 Footprint Nav2 如何配置 Planner 和 Controller • Nav2 实战之 SLAM 制图与导航基础介绍如何启动机器人接口如何启动 Nav2 框架 SLAM 进行制图与导航仿真

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