c++如何使用ROS2进行机器人编程_c++机器人操作系统入门

答案：使用C++进行ROS2机器人编程需配置Ubuntu 22.04与ROS2 Humble环境，创建工作空间并安装依赖；编写发布者与订阅者节点实现消息通信，通过colcon构建项目并运行验证；掌握节点、话题、服务等核心概念，正确配置package.xml和CMakeLists.txt，为进一步学习参数服务器、动作、TF变换等高级功能奠定基础。

在C++中使用ROS2进行机器人编程，是掌握现代机器人开发的重要一步。ROS2（Robot Operating System 2）提供了模块化、分布式和实时性强的框架，适合用于从教育机器人到工业自动化等各种场景。下面介绍如何用C++入门ROS2机器人编程。

搭建ROS2+C++开发环境

开始前需配置好ROS2环境。推荐使用Ubuntu 22.04搭配ROS2 Humble Hawksbill版本，这是长期支持版本，兼容性好。

安装步骤如下：

• 设置软件源并添加密钥
• 通过apt安装ROS2桌面版：sudo apt install ros-humble-desktop
• 初始化rosdep并配置环境变量：source /opt/ros/humble/setup.bash
• 安装C++编译工具链：gcc、g++、cmake

建议创建工作空间目录，如~/ros2_ws/src，后续用于存放自定义包。

编写第一个C++节点：发布与订阅

ROS2中节点是执行具体功能的进程。以下是一个简单的发布者（Publisher）示例，用C++发送机器人状态消息。

在src目录下创建包：

colcon create pkg my_robot_cpp --dependencies rclcpp std_msgs

编辑src/my_robot_cpp/src/publisher_node.cpp：

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"

int main(int argc, char * argv[])
{
  rclcpp::init(argc, argv);
  auto node = rclcpp::Node::make_shared("robot_status_publisher");
  auto publisher = node->create_publisher<:msg::string>("status", 10);
  auto msg = std::make_shared<:msg::string>();
  rclcpp::Rate rate(1); // 每秒1次

  while (rclcpp::ok()) {
    msg->data = "Robot is running...";
    publisher->publish(*msg);
    RCLCPP_INFO(node->get_logger(), "Publishing: '%s'", msg->data.c_str());
    rclcpp::spin_some(node);
    rate.sleep();
  }
  rclcpp::shutdown();
  return 0;
}

再创建一个订阅者接收该消息：

// subscriber_node.cpp #include "rclcpp/rclcpp.hpp" #include "std_msgs/msg/string.hpp"

void topic_callback(const std_msgs::msg::String::SharedPtr msg) {   RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("subscription"), "Received: '%s'", msg->data.c_str()); }

int main(int argc, char * argv[]) {   rclcpp::init(argc, argv);   auto node = rclcpp::Node::make_shared("robot_status_subscriber");   auto subscription = node->create_subscription<:msg::string>(     "status", 10, topic_callback);   rclcpp::spin(node);   rclcpp::shutdown();   return 0; }

将这两个节点注册到CMakeLists.txt中：

add_executable(publisher src/publisher_node.cpp)
ament_target_dependencies(publisher rclcpp std_msgs)

add_executable(subscriber src/subscriber_node.cpp)
ament_target_dependencies(subscriber rclcpp std_msgs)

install(TARGETS
  publisher
  subscriber
  DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})

构建与运行节点

使用colcon构建项目：

cd ~/ros2_ws
colcon build --packages-select my_robot_cpp

构建完成后，启用环境：

source install/setup.bash

分别启动发布者和订阅者：

ros2 run my_robot_cpp publisher
ros2 run my_robot_cpp subscriber

你将在终端看到消息被成功传递。这表明两个C++节点已通过ROS2通信中间件（DDS）完成数据交换。

理解核心概念：节点、话题与服务

掌握以下几个关键概念有助于深入开发：

• 节点（Node）：每个可执行程序实例，如传感器驱动、路径规划等
• 话题（Topic）：节点间异步通信机制，基于发布/订阅模型
• 服务（Service）：同步请求-响应通信，适合需要确认的操作
• 接口定义（.srv, .msg）：自定义数据结构，存放在msg/或srv/目录
• rclcpp：ROS2的C++客户端库，提供节点、发布者、订阅者等API

例如，添加一个服务来远程控制机器人启停：

// 定义 srv/ControlRobot.srv bool start --- bool success

实现服务端逻辑时，使用create_service注册回调函数，客户端则用create_client发起请求。

基本上就这些。熟悉基础后，可进一步学习参数服务器、动作（Action）、生命周期节点和TF变换等高级功能。ROS2+C++组合强大且高效，适合对性能要求高的机器人系统开发。不复杂但容易忽略的是细节配置，比如依赖声明和消息生成规则，务必检查package.xml和CMakeLists.txt是否正确。