0 摘要：

本文以Win10系統中安裝使用ROS1Melodic和ROS2Dashing爲基礎，並通過開源硬件設備Arduino與ROS的通信爲示例，具體介紹機器人操作系統ROS1和ROS2的細節。部分內容已經在高校本科課程中進行講解，詳情可搜索：機器人控制器編程。

https://microsoft.github.io/Win-RoS-Landing-Page/#

ROS官網windows安裝文檔網址：https://wiki.ros.org/Installation/Windows

Arduino：https://blog.csdn.net/ZhangRelay/article/details/104668711

Gazebo：https://blog.csdn.net/ZhangRelay/article/details/104900528

1 引言：

機器人操作系統ROS，可以被理解爲一個特定的應用於機器人領域的物聯網（IoT）系統，很多知識點和技能相似相通，學習並掌握這個工具非常重要。ROS接口豐富，並可與OpenCV，OpenAI等多種第三方開源工具結合，開發出新奇實用的各類機器人。

全平臺（Windows/Linux/MacOS/……）和全語言（C++/Python/Java/……）是ROS的另一個典型特點。大部分ROS課程基於Ubuntu講解。本課程從設計之初就考慮到不同平臺使用用戶特定場景之差異，課程涵蓋了Windows/Linux/MacOS。但測試過程並未公開，依據大量反饋，以學生爲中心，目標導向和持續改進爲內核，課程將全面免費公開Windows版本內容，該版本在測試與反饋中獲得較爲溫和評價，Windows系統目前仍然是國內佔有率最高的桌面平臺。

課程部分介紹資料參考鏈接：機器人編程實踐-ROS2基礎與應用-

2 ROS1：

安裝：http://wiki.ros.org/Installation/Windows

使用：https://ms-iot.github.io/ROSOnWindows/

中文：https://blog.csdn.net/ZhangRelay/article/details/82928141

注意：中文版本是一年以前寫的，現在已經有些變動，將在下文列出。

除了基本教程，還支持服務機器人和工業機械臂。

這些在之前博客中已經詳細介紹過了，這裏就不再重複了。只列出一些要點：

Windows操作系統

Windows的ROS1&2需要64位Windows 10桌面或Windows 10 IoT Enterprise。

預留安裝空間

在繼續操作之前，請清理並備份c:\opt下的所有現有數據。
c:\opt是指定的安裝位置。當前未啓用重定位。不支持安裝在其他位置！！！
請確保C:\ 驅動器上有10 GB的可用空間用於安裝和開發。

安裝Visual Studio 2019

爲Windows生成ROS項目需要Visual Studio和Windows的Microsoft SDK。

下載Visual Studio 2019 （社區版免費）
- 包括“使用C++桌面開發”工作部件（工作負載）。
- 如果要構建WinML，請包括“通用Windows應用程序”工作部件。

安裝到D:

安裝Windows軟件包管理器

Chocolatey是Windows的程序包管理器。它用於簡化安裝構建和運行ROS項目所需的工具和庫的過程。

在“開始”菜單中，找到“ VS 2019 x64本機工具命令提示符”項。
右鍵單擊，選擇“更多”，然後選擇“以管理員身份運行”
複製以下命令行：

@"%SystemRoot%\System32\WindowsPowerShell\v1.0\powershell.exe" -NoProfile -InputFormat None -ExecutionPolicy Bypass -Command "iex ((New-Object System.Net.WebClient).DownloadString('https://chocolatey.org/install.ps1'))" && SET "PATH=%PATH%;%ALLUSERSPROFILE%\chocolatey\bin"

將其粘貼到命令窗口中。
批准任何提示（確定）
完成後，關閉命令提示符以完成安裝。

安裝Git：

如上所述，重新打開Visual Studio命令窗口。
即使您已將其安裝爲應用程序，也請使用此處的命令安裝Git。

choco install git -y

安裝Git之後，請確保ROS命令提示符中現在提供了Git。

git --version

如上所述，關閉並重新打開Visual Studio命令窗口。

二進制軟件包安裝

要爲Windows設置ROS，請遵循以下建議步驟：

ROS 1最新的（LKG）編譯好的安裝包-Melodic

要開始，請安裝推薦的desktop_full元軟件包。元軟件包是其他軟件包的集合。桌面完全元軟件包是指構建，運行，調試和可視化機器人所需的許多其他軟件包。

如上所述，以管理員身份打開Visual Studio命令提示符。

choco source add -n=ros-win -s="https://roswin.azurewebsites.net/api/v2" --priority=1
choco upgrade ros-melodic-desktop_full -y --execution-timeout=0

ROS 2最新的編譯好的安裝包-Dashing

要開始使用ROS 2，也可以按照類似的步驟從同一Chocolatey Feed中安裝ROS 2。

例如，如果要安裝最新ROS2 Dashing版本，請打開上面創建的ROS命令提示符，如果尚未打開，請批准管理標高。

choco source add -n=ros-win -s="https://roswin.azurewebsites.net/api/v2" --priority=1
choco upgrade ros-dashing-desktop -y --execution-timeout=0 --pre

請一定，一定，一定測試安裝是否成功！！！

ROS1：

ROS2：

創建ROS命令窗口快捷方式

爲了在Windows上使用ROS，需要在每個命令窗口中調用ROS設置腳本。爲了將來不會忘記，使用自動執行此操作的ROS快捷方式將很有幫助。

爲Visual Studio創建一個管理命令行快捷方式：
右鍵單擊Windows資源管理器文件夾，選擇“新建”>“快捷方式”
在快捷方式路徑中，根據上面安裝的Visual Studio，從以下選項中複製突出顯示的命令行：
如果使用Community社區版本：

C:\Windows\System32\cmd.exe /k "C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2019\Community\Common7\Tools\VsDevCmd.bat" -arch=amd64 -host_arch=amd64 && c:\opt\ros\melodic\x64\setup.bat

如果使用的是Professional：

C:\Windows\System32\cmd.exe /k "C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2019\Professional\Common7\Tools\VsDevCmd.bat" -arch=amd64 -host_arch=amd64 && c:\opt\ros\melodic\x64\setup.bat

如果使用的是Enterprise：

C:\Windows\System32\cmd.exe /k "C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2019\Enterprise\Common7\Tools\VsDevCmd.bat" -arch=amd64 -host_arch=amd64 && c:\opt\ros\melodic\x64\setup.bat

將快捷方式命名爲“ ROS”
將該快捷方式設置爲管理員
- 右鍵單擊快捷方式，然後選擇“屬性”。
- 選擇“快捷方式”選項卡（如果尚未選擇）。
- 按下[進階]按鈕
- 檢查按鈕“以管理員身份運行”。
- 在“高級屬性”對話框上按“確定”。
- 在“ ROS屬性”快捷方式對話框上按“確定”。

參考：

ROS1:

C:\Windows\System32\cmd.exe /k "D:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2019\Community\Common7\Tools\VsDevCmd.bat" -arch=amd64 -host_arch=amd64 && c:\opt\ros\melodic\x64\setup.bat

ROS2:

C:\Windows\System32\cmd.exe /k "D:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2019\Community\Common7\Tools\VsDevCmd.bat" -arch=amd64 -host_arch=amd64 && c:\opt\ros\dashing\x64\local_setup.bat

(可選）使用新的Windows終端

Microsoft正在爲Windows開發新的開源終端，該終端對內置命令行進行了許多改進，包括選項卡和外觀自定義。您可以從Microsoft Store安裝它。

爲ROS設置終端：

從開始菜單中找到Windows終端，右鍵單擊並選擇“以管理員身份運行”
從添加選項卡（+）按鈕旁邊的下拉箭頭中選擇設置。
在“配置文件”部分，爲ROS添加一個新塊。

    "profiles" : 
    [
        {
            "acrylicOpacity" : 0.5,
            "background" : "#012456",
            "closeOnExit" : true,
            "colorScheme" : "Campbell",
            "commandline" : "C:\\Windows\\System32\\cmd.exe /k \"C:\\Program Files (x86)\\Microsoft Visual Studio\\2019\\Community\\Common7\\Tools\\VsDevCmd.bat\" -arch=amd64 -host_arch=amd64 && c:\\opt\\ros\\melodic\\x64\\setup.bat",
            "cursorColor" : "#FFFFFF",
            "cursorShape" : "bar",
            "fontFace" : "Consolas",
            "fontSize" : 10,
            "guid" : "{xxxxx}",
            "historySize" : 9001,
            "icon" : "ms-appx:///ProfileIcons/{0caa0dad-35be-5f56-a8ff-afceeeaa6101}.png",
            "name" : "ROS",
            "padding" : "0, 0, 0, 0",
            "snapOnInput" : true,
            "startingDirectory" : "c:\\ws",
            "useAcrylic" : true
        },

使用guid生成器自定義“ guid”條目。
（可選）在“全局”部分中將此GUId設置爲“ defaultProfile”。

{
    "globals" : 
    {
        "alwaysShowTabs" : true,
        "copyOnSelect" : false,
        "defaultProfile" : "{xxxx}",
        ....
    }
}

啓動新的Windows終端時，請記住以“以管理員身份運行”，方法是右鍵單擊Windows終端並選擇“以管理員身份運行”。在取消此要求之前，需要實施“ 始終運行終端”提升功能請求。

保持最新

如果要更新ROS安裝，請使用Chocolatey的升級功能：

打開上面創建的ROS命令提示符，並批准管理海拔（如果尚未打開）。

運行以下命令：

choco upgrade ros-melodic-desktop_full -y --execution-timeout=0

建議添加 --execution-timeout=0 ，以避免由於網絡緩慢而導致的chocolatey 安裝失敗。

3 ROS2：

安裝：https://index.ros.org/doc/ros2/Installation/Dashing/Windows-Install-Binary/

使用類似ROS1方式更爲簡潔，也可以使用源碼編譯。

ROS1和ROS2在Windows 10中詳細安裝調試記錄參考，如下鏈接：

Windows安裝使用ROS機器人操作系統1&2記錄

安裝配置完成後，可以直接與Linux或MacOS中的ROS通訊互聯，也可以連接豐富外部設備。

4 Ardurno：

什麼是Arduino？（課程包含avr和arm）

Arduino是一個基於易於使用的硬件和軟件的開源電子平臺。 Arduino開發板能夠讀取傳感器上輸入，控制燈，按鈕或Twitter消息-並將其轉換爲輸出-啓動電動機，打開LED並在線發佈內容。可以通過向板上的微控制器發送一組指令來告訴該怎麼做。爲此，可以使用Arduino編程語言（基於Wiring）和Arduino軟件（IDE）（基於Processing）。

多年來，Arduino一直是數千個項目的大腦，從日常對象到複雜的科學儀器。這個開放源代碼平臺聚集了世界各地的開發人員社區，包括學生，業餘愛好者，藝術家，程序員和專業人士，他們的貢獻積累了無與倫比的可訪問性知識，對新手和專家都可以提供極大的幫助。

Arduino出生於Ivrea交互設計學院，是一種快速原型製作的簡便工具，主要面向沒有電子和編程背景的學生。Arduino板一旦進入更廣泛的社區，便開始進行更改以適應新的需求和挑戰，將其產品從簡單的8位板擴展到IoT應用，可穿戴，3D打印和嵌入式環境的產品。所有Arduino開發板都是完全開源的，使用戶能夠獨立構建它們，並最終使它們適應其特定需求。該軟件也是開源的，並且通過全球用戶的貢獻而不斷髮展。

爲什麼選擇Arduino？

由於其簡單易用的用戶體驗，Arduino已用於數千個不同的項目和應用程序中。Arduino軟件對於初學者來說易於使用，但對於高級用戶而言足夠靈活。它可以在Mac，Windows和Linux上運行。老師和學生使用它來構建低成本的科學儀器，證明化學和物理原理，或開始編程和機器人技術。設計師和建築師構建交互式原型，音樂家和藝術家將其用於安裝並嘗試新的樂器。例如，製造商當然會使用它來構建在Maker Faire上展出的許多項目。Arduino是學習新事物的關鍵工具。任何人-兒童，業餘愛好者，藝術家，程序員-都可以按照套件的逐步說明進行修補，

還有許多其他微控制器和微控制器平臺可用於物理計算。Parallax Basic Stamp，Netmedia的BX-24，Phidgets，MIT的Handyboard以及許多其他產品都提供了類似的功能。所有這些工具都採用了微控制器編程的繁瑣細節，並將其包裝在易於使用的程序包中。Arduino還簡化了使用微控制器的過程，但與其他系統相比，它爲教師，學生和感興趣的業餘愛好者提供了一些優勢：

便宜 -與其他微控制器平臺相比，Arduino板相對便宜。可以手動組裝最便宜的Arduino模塊版本，甚至預組裝的Arduino模塊的價格也不到50美元
跨平臺 -Arduino軟件（IDE）在Windows，Macintosh OSX和Linux操作系統上運行。大多數微控制器系統僅限於Windows。
簡單，清晰的編程環境 -Arduino軟件（IDE）對於初學者來說易於使用，但足夠靈活，高級用戶也可以利用。對於老師來說，它很方便地基於處理編程環境，因此學習在該環境中進行編程的學生將熟悉Arduino IDE的工作方式。
開源和可擴展軟件 -Arduino軟件作爲開源工具發佈，可供經驗豐富的程序員進行擴展。可以通過C ++庫擴展該語言，並且希望瞭解技術細節的人們可以從Arduino過渡到基於該語言的AVR C編程語言。同樣，您可以根據需要將AVR-C代碼直接添加到Arduino程序中。
開源和可擴展的硬件 -Arduino開發板的計劃是在Creative Commons許可下發布的，因此經驗豐富的電路設計人員可以製作自己的模塊版本，進行擴展和改進。甚至相對沒有經驗的用戶也可以構建該模塊的試驗板版本，以瞭解其工作原理並節省資金。

如何使用Arduino？

請參閱入門指南。如果您正在尋找靈感，可以在Arduino Project Hub上找到各種各樣的教程。

Arduino入門指南的文本已獲得 Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License的許可。該指南中的代碼示例已發佈到公共領域。

安裝：https://www.arduino.cc/en/Main/Software

選擇windows版本直接安裝即可使用，在庫中可以直接安裝加載ROS庫。

5 Webots：

爲什麼選擇Webots？

Webots是一個開放源代碼的機器人模擬仿真器，它提供了完整的開發環境來對機器人進行建模，編程和仿真。全球數以千計的機構將其用於研發和教學。自1996年以來，Webots由洛桑的瑞士聯邦理工學院聯合開發，經過全面測試，充分記錄並持續維護。它是快速獲得專業成果的最有效解決方案，包括：

複雜機器人系統的開發 -從頭開始快速原型製作
模擬無人駕駛汽車 -配備傳感器並與環境互動
驗證新的機器人技術 —深度學習，進化算法，多智能體等。
訓練練習的設置 -用於機器人教室通過操縱桿，驅動輪，踏板和VR接口
對飛行員進行培訓 直接向您的客戶
提供定製的仿真

Webots功能

精確的物理仿真模擬 -逼真的模擬依賴於已校準的模型
機器人，傳感器，執行器和對象庫 -模擬的構建塊
導入/導出 — CAD模型，OpenStreetMap，電影，Web
API和插件 -編程語言，集成的IDE，場景樹編輯器
多平臺 -Windows，Linux，macOS（以及更多）

投資組合：基於Webots

行業 -他們在研發，測試和應用程序中使用Webots
學術界 -他們與Webots一起進行教學和研究
諮詢 -我們爲他們提供自定義的Webots模擬
歐洲研究部 -我們以財團成員的身份爲他們提供專業知識

開始使用

請遵循以下步驟以熟練掌握Webots：

在Webots中學習3D導航： Viewpoint Control [在線模擬]。
用Python編程機器人：機器人編程 [在線模擬]。
探索更多高級編程： robotbenchmark.net [在線模擬]。
下載，安裝Webots並遵循《 Webots用戶指南》的教程。
運用Cyberbotics機器人課程進一步學習。

安裝：https://www.cyberbotics.com/#download

選擇windows版本，免費版本無服務支持。

6 V-Rep：

具有集成開發環境的機器人模擬仿真器V-REP基於分佈式控制體系結構：每個對象/模型都可以通過嵌入式腳本，插件，ROS或BlueZero節點，遠程API客戶端或自定義進行單獨控制解。這使得V-REP非常通用，非常適合多機器人應用。控制器可以用C / C ++，Python，Java，Lua，Matlab或Octave編寫。

V-REP用於快速算法開發，工廠自動化仿真，快速原型製作和驗證，機器人技術相關的教育，遠程監控，安全性雙重檢查以及數字孿生等等。可以在此處找到功能概述。

安裝：http://coppeliarobotics.com/downloads.html

7 Matlab：

官網：https://ww2.mathworks.cn/products/matlab.html

8 ……

待完善……

依據反饋更新修正，感謝~

Windows使用ROS機器人操作系統全面資料彙總