机器人项目：从 ROS2 切换到 ROS1 的原因

一、说明

机器人操作系统ROS是使用最广泛的机器人中间件平台。它在机器人社区中使用了10多年，无论是在业余爱好者领域还是在工业领域。ROS可用于各种微控制器和计算机，从Arduino到Raspberry Pi再到Linux工作站，它为电机控制器，视觉传感器，深度摄像头和激光扫描仪提供硬件支持。本文介绍ROS2和ROS1的项目尝试和结论。

二、在ROS学习过程

        在我的构建机器人项目中，我同时使用了 ROS1 和 ROS2。到目前为止，我完成了 2 个阶段中的 5 个。第一阶段是研究：了解机器人的硬件和软件，研究微控制器和传感器，测试库和中间件。在第二阶段，我构建了一个基于Arduino的原型，一种红外控制的4轮车，我称之为RADU。现在，阶段 3 有两个不同的部分：使用 ROS 模拟机器人，然后构建支持 ROS 的机器人。这就是困境：ROS2的模拟 - 通过长时间的试错期来之不易 - 无法扩展到混凝土机器人，因为我的硬件不受支持。我考虑了很长时间，最终决定从此继续使用 ROS1。

本文总结了我的经验，并解释了最终选择的基本原理。

这篇文章最初出现在我的博客 admantium.com。

三、回顾我的机器人项目

        在 2021 年初启动项目时，我对 ROS 的第一次体验仅限于纯模拟。在我的笔记本电脑上将基于Ubuntu的Linux作为VM运行，我用RViz安装了ROS noetic，并制作了一个简单的四轮机器人URDF模型。

        然后，我买了一个机器人底盘，几个Arduino Uno和5V兼容传感器。通过学习教程，了解 Arduino 的工作原理以及如何测量和处理传感器数据，这是一个令人振奋的时刻。我有很多“尤里卡”时刻，在遇到一些困难后，传感器会突然工作。这一阶段以第一个混凝土原型完成，这是一个由 IR 控制的移动 4 轮底盘。

        准备在我的项目中充分利用 ROS，我将 ROS2 安装在专用的 Linux 工作站上。然后我开始将我的简单RViz ROS1模型移植到ROS2，并扩展模型以兼容Gazebo。有趣的是，学习机器人背后的物理学，并深入了解ROS概念。不利的一面是，我花了很长时间的试验和错误来开发一个与Gazebo兼容的模型。但最后，我可以启动模拟，启动一个远程节点，并在模拟流点云传感器数据中移动机器人。

        从模拟到机器人是下一个阶段。与此同时，覆盆子笔克进入舞台。最初，我只是测试了如何添加传感器并使用C和MicroPython读取它们。但是阅读了几个教程并观看了有关基于Raspberry Pi的项目的视频，这些项目使用Python中的机器人控制软件使我相信了可行性。用MicroPython从头开始编写电机控制软件成为我的目标。我用MicroPython完全重建了我的机器人，并在电机控制命令包装器中添加了一个ROS Twist消息。机器人动了！但是在添加我的实感 D435 相机时，经过几个小时的尝试，我无法使用 ROS2 流式传输点云数据。出于好奇，我切换到 ROS1 — 在这里它开箱即用！

        这一启示引起了下一段所概述的意见。

四、ROS1 与 ROS2

        ROS2是未来的ROS。根据社区网站和YouTube视频的信息，ROS2面向工业用途。机器人通信使用称为XRCE-DDS的标准中间件层。ROS2还抑制了系统自愈和可靠性的特点，例如无需ROS主节点即可运行。

        在研究混凝土机器人项目时，来自社区的 ROS2 机器人与 ROS1 机器人相比相形见绌。过去 3 年开发的大多数项目仍然使用 ROS1。我没有考虑这个事实，只是感到惊讶，因为 ROS2 自 2017 年以来就已经发布。

        在使用 ROS2 模拟机器人并让 ROS2 与我的机器人传感器（尤其是 RealsenseD435 相机）一起运行时，我遇到了几个障碍。这是个人回忆。

        首先，在搜索如何连接某个传感器时，很难找到或根本不存在与 ROS2 相关的信息、具体文章、文档或 YouTube 视频。

        其次，有关 Gazebo 控制器和 Gazebo 插件等特殊主题的文档不完整。如果你想构建一个 Gazebo 模拟，ROS1 有探索性和全面的手册，但对于 ROS2，你需要从不同的网站获取信息片段，组装它们，并在它工作之前使用大量的试验和错误。让我的机器人模拟与 Gazebo/RVIZ 2 中的所有传感器和主题一起工作是一段漫长的旅程。

        第三，当使用SBC组装机器人并将其连接到微控制器时，您会惊讶地发现没有通用库可以通过串行连接它们，如本博客文章所述。你要么需要使用非常特定的微控制器，并为它们编译一个定制的RTOS Linux发行版，这使得很难重用你的Arduino库。或者您需要具有网络功能的特殊板。

        第四，检查 ROS2 的硬件支持显示可用的选项较少，其他机器人爱好者在运行 ROS2 时遇到问题。在尝试让英特尔实感 D435 与 ROS2 配合使用时，我也有同样的经历。尽管我使用了最新的固件，从头开始编译了librealsense，编译了ros-realsense软件包，但它不起作用，甚至响应迅速且有用的社区问题板上的一个线程也没有找到答案。当我切换到 ROS1 时，相同的传感器可以正常工作。

        概括这些观察结果使我得出一个可悲的结论，即使用ROS2意味着找到更少的文档，对传感器的支持更少，并且SBC和微控制器的集成更加困难。

五、再次切换到 ROS1

        让gazebo模拟在 ROS2 中工作的经验主要是反复试验。让Realsense2相机在ROS2中工作并不成功。因此，从其他人那里阅读有关ROS2的类似错误和问题的信息是另一个影响。最后，在研究在我的机器人上使用ROS的下一个方面时，比如SLAM，自主运动，抓手 - 确实一次又一次地透露了ROS1的完整教程和书籍，我做出了决定：我的项目将继续使用ROS1。

塞巴斯蒂安