5天ROS2快速上手学习路径（有经验开发人员版）

5天ROS2快速上手学习路径（有经验开发人员版）

核心目标

5天内掌握ROS2核心框架、通信机制、工具链，能独立构建机器人节点、编写通信逻辑、完成仿真项目（以两轮差速机器人为例）。

第1天：ROS2基础与环境搭建（目标：打通开发环境，理解核心概念）

上午：环境搭建与Linux基础

Ubuntu与ROS2安装（1.5h）

安装Ubuntu 22.04 LTS（推荐虚拟机或双系统，参考文档“在虚拟机中安装Ubuntu”）。用小鱼一键脚本安装ROS2 Humble：wget http://fishros.com/install -O fishros && . fishros，选择“1-一键安装ROS”→“Humble版本”→“桌面版”。验证安装：终端输入ros2，能显示命令列表即成功。

Linux必备指令（1h）

掌握ls/cd/mkdir/rm/sudo/apt等基础指令，重点练习rosdep配置（小鱼脚本选“3-一键配置rosdep”）。

下午：ROS2核心概念与工具链

核心概念理解（1.5h）

理解节点（Node）、功能包（Package）、工作空间（Workspace）定义：节点是最小功能单元，功能包包含节点代码，工作空间是功能包的容器。掌握ROS2与ROS1的核心差异：去中心化（无Master）、中间件DDS、支持多平台。

CLI工具实战（1.5h）

节点操作：ros2 node list（查看节点）、ros2 node info <节点名>（查看节点信息）。功能包操作：ros2 pkg create（创建功能包，如ros2 pkg create demo_node --build-type ament_cmake --dependencies rclcpp）、colcon build（编译工作空间）。实战：运行turtlesim示例，ros2 run turtlesim turtlesim_node（启动乌龟仿真）、ros2 run turtlesim turtle_teleop_key（键盘控制），直观理解节点通信。

第2天：ROS2通信机制（目标：掌握话题、服务，能写基础通信节点）

上午：话题通信（单向高频数据传输）

话题原理与工具（1h）

理解发布-订阅模型：1对多、多对多通信，适用于传感器数据（如雷达、IMU）。CLI工具：ros2 topic list（查看话题）、ros2 topic echo <话题名>（打印话题数据）、ros2 topic pub <话题名> <消息类型> <数据>（手动发布话题）。

C++/Python写话题节点（2h）

C++（rclcpp）：创建“发布者-订阅者”节点，示例：发布std_msgs/msg/String话题，订阅者接收并打印（参考文档“话题之RCLCPP实现”）。Python（rclpy）：同上，用rclpy编写，重点关注create_publisher/create_subscription API（参考文档“话题之RCLPY实现”）。编译运行：colcon build --packages-select demo_node→source install/setup.bash→ros2 run demo_node <节点名>，验证通信。

下午：服务通信（双向请求-响应）

服务原理与工具（1h）

理解客户端-服务端模型：1对1通信，适用于需要反馈的场景（如控制机器人移动到目标点后返回结果）。CLI工具：ros2 service list（查看服务）、ros2 service call <服务名> <接口类型> <请求数据>（手动调用服务）。

自定义服务接口与节点开发（2h）

自定义接口：创建srv文件（如MoveRobot.srv，定义float32 distance --- float32 pose），配置CMakeLists.txt和package.xml生成接口（参考文档“自定义接口RCLCPP实战”）。写服务端/客户端：服务端接收“移动距离”请求，模拟机器人移动并返回“当前位置”；客户端发送请求并打印结果。实战：运行服务端和客户端，验证请求-响应逻辑。

第3天：ROS2进阶通信与工具（目标：掌握参数、动作，熟悉RVIZ2/Gazebo）

上午：参数与动作通信

参数通信（1h）

理解参数：节点配置项（键值对），适用于动态调整参数（如日志级别、传感器频率）。CLI工具：ros2 param list（查看参数）、ros2 param set <节点名> <参数名> <值>（动态改参数）、ros2 param dump <节点名>（保存参数）。实战：在昨天的节点中添加参数（如“移动速度”），通过declare_parameter声明参数，动态修改并生效。

动作通信（1.5h）

理解动作：目标-反馈-结果模型，适用于长耗时任务（如机器人导航、机械臂运动），支持取消任务。实战：用turtlesim的/turtle1/rotate_absolute动作，ros2 action send_goal /turtle1/rotate_absolute turtlesim/action/RotateAbsolute "{theta: 1.57}" --feedback，观察目标、反馈、结果。

下午：可视化与仿真工具

RVIZ2（1h）

理解RVIZ2：数据可视化工具，支持显示TF、点云、机器人模型等。实战：加载turtlesim的TF数据，添加“TF”组件，查看乌龟坐标系变换；添加“Image”组件，显示相机图像（若有相机节点）。

Gazebo基础（1.5h）

理解Gazebo：物理仿真工具，生成虚拟环境和机器人模型，提供传感器数据（参考文档“兼容仿真工具-Gazebo”）。实战：运行ROS2官方Gazebo示例，ros2 launch gazebo_plugins gazebo_ros_diff_drive_demo.launch.py，查看两轮差速机器人仿真，用ros2 topic pub发布/demo/cmd_demo话题控制机器人移动。

第4天：机器人建模与坐标变换（目标：会用URDF/Xacro建模，理解TF2）

上午：URDF机器人建模

URDF基础（1.5h）

理解URDF：统一机器人描述语言，定义机器人连杆（link）、关节（joint）、可视化属性（参考文档“URDF统一机器人建模语言”）。实战：编写两轮差速机器人URDF，包含“base_link”（底座）、“left_wheel”/“right_wheel”（车轮），定义关节类型（固定关节、旋转关节）。

RVIZ2可视化URDF（1.5h）

编写launch文件，启动RVIZ2并加载URDF模型（参考文档“RVIZ2可视化URDF模型”）。实战：在RVIZ2中添加“RobotModel”组件，选择URDF文件，查看机器人模型；添加“JointState”组件，控制车轮关节转动。

下午：TF2坐标变换

TF2原理（1h）

理解TF2：管理机器人各坐标系（如base_link、wheel_link、camera_link）的变换关系，支持坐标转换（参考文档“tf2介绍”）。CLI工具：ros2 run tf2_ros tf2_echo <父坐标系> <子坐标系>（查看两坐标系变换）、ros2 run rviz2 rviz2（可视化TF树）。

TF2发布与应用（2h）

编写TF发布节点：发布“base_link”→“left_wheel”“right_wheel”的坐标变换（固定变换）。实战：在Gazebo中加载URDF模型，结合TF2发布坐标系，用RVIZ2查看完整TF树；编写节点，通过TF2 API将“车轮坐标系”的点转换到“底座坐标系”。

第5天：综合项目实战（目标：搭建两轮差速机器人仿真系统）

上午：项目框架搭建

项目需求（0.5h）

目标：搭建两轮差速机器人仿真系统，包含“键盘控制节点”“运动控制节点”“Gazebo仿真节点”，实现“键盘发送速度指令→运动控制节点解析→Gazebo机器人移动”。

功能包与节点划分（1.5h）

创建项目工作空间diff_drive_ws，创建3个功能包：

diff_drive_teleop：键盘控制节点，发布geometry_msgs/msg/Twist话题（线速度、角速度）。diff_drive_control：运动控制节点，订阅Twist话题，解析为左右轮速度（差速运动学正解），发布joint_state话题控制车轮转动。diff_drive_gazebo：Gazebo仿真节点，加载URDF模型和仿真环境，接收joint_state话题驱动机器人。

下午：编码与仿真运行

核心节点编码（2h）

diff_drive_teleop：参考turtle_teleop_key，修改为发布Twist话题。diff_drive_control：实现差速运动学正解（已知线速度v、角速度ω，计算左轮速度v_l = (2v - ωL)/2r，右轮速度v_r = (2v + ωL)/2r，L为轮距，r为轮半径）。diff_drive_gazebo：编写launch文件，集成Gazebo启动、URDF加载、TF发布（参考文档“Gazebo仿真插件之两轮差速”）。

系统集成与测试（1h）

编译工作空间：colcon build→source install/setup.bash。启动系统：ros2 launch diff_drive_gazebo diff_drive.launch.py。测试：运行diff_drive_teleop节点，用键盘控制机器人前进、转弯，观察Gazebo中机器人运动，验证系统功能。

关键参考文档

环境与基础：文档“1.ROS2介绍与安装”“2.ROS2第一个节点”。通信机制：文档“3.ROS2节点通信之话题与服务”“4.ROS2通信之参数与动作”。建模与仿真：文档“8.机器人建模”“9.机器人仿真”“tf2介绍”。代码模板：文档末尾“ROS2常用代码模板”（rclcpp/rclpy节点、参数、TF2代码）。