1.0ROS及简介
本章节通过ROS2官方提供的Gazebo虚拟仿真，实现视觉运动算法仿真。
什么是视觉运动控制算法？
运动控制算法主要是通过传感器，将采集到的数据，转化为运动控制指令。
传感器包含：视觉、重力、力反馈、加速度、测距等多种类型。特斯拉的自动驾驶使用的方案中视觉是最主要的信息来源。
运动控制从易到难有：履带结构、差速结构、阿克曼结构、全向结构、足腿结构。
为什么要虚拟仿真？
目前较为先进的腿足结构机器人想要完成高难度动作，例如：后空翻、前空翻、韦伯斯特空翻。一旦失败会对本不充裕的原型机造成严重的损坏。
所以通过仿真软件训练，有如下好处：
- 可以在低风险的情况下完成算法的调试和优化。
- 对于复杂算法，可以同时启动多个仿真软件，进行并行训练，提高训练效率。
虚拟仿真需要一定的算力。本地使用前，首先确保你的电脑包含显卡。
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✔推荐使用原生Ubuntu最大限度发挥硬件性能。非原生环境下可能出现消息异常、时间异常等问题。
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高算力的电脑可以使用wsl安装Ubuntu。
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❌使用VM虚拟机会产生较大的延迟。
用机器学习中的概念来类比，Gazebo好比是Pytorch，ROS2好比是Python。
你希望使用Pytorch开始深度学习，所以要查看最新版Pytorch适配的Python版本（3.10+），需要英伟达显卡才能加速，再查看Python支持的操作系统（Mac、Linux、Windows）。
搞清楚之后，再从系统开始，安装Python，最后Pytorch和显卡驱动安装成功。谋定而后动。
ROS2框架
ROS 2需要依赖于Ubuntu系统，其微控制器相较于普通MCU成本更高。主要用于高级机器人。
通信优势
丰富的通信类型
ROS 2节省自己搭建网络、定义通信类型、管理连接的时间。
| 通信模式 | 作用 | 特点 | 应用场景 |
|---|---|---|---|
| 话题：发布-订阅 (Publish-Subscribe) | 单向、异步数据流 | 高效、解耦，适用于传感器数据流、状态更新 | 传感器数据流（如相机图像、激光雷达数据）、机器人状态更新（如位置、速度） |
| 服务：服务端-客户端 (Service-Client) | 同步、请求-响应 | 阻塞式通信，用于需要明确结果的任务 | 触发特定动作（如抓取物体）、查询物体 ID |
| 动作 (Actions) | 长时任务处理 | 异步、支持进度反馈和取消 | 移动机器人到指定位置、机械臂执行复杂任务 |
| 参数 (Parameters) | 动态配置节点行为 | 非实时通信，用于启动时或运行时的配置调整 | 调整 PID 控制器增益、修改传感器发布频率 |
自动发现机制
同为ROS 2，在同一网段下的不同设备可以自动发现。
自动发现前提：指要求中继设备允许子设备自由通信。
中继设备可能是路由器、或者手机的热点、随身WIFI等。
允许子设备自由通信有利有弊，如果你在商场或者咖啡馆连接他们的WIFI，你的电脑可能提醒你：你的网络活动可能被其他设备发现。自由通信会带来一定的安全隐患。因此并不是所有的路由器都默认允许允许子设备自由通信。
有的设备会有防火墙，临时关闭防火墙：sudo ufw disable，另外要允许UDP多播端口（默认7400~7500）。
如果一切正常，你应该可以通过ping <其他机器的IP>并联通成功。
此时你可以通过ros2运行节点发布消息，其他设备的接收 者会收到你的消息。
隔离机制
如果你同个网段下，有无人机和机器狗。你想将其编队为：空军 + 陆军；又或者5台无人机 + 机器狗为一组。
ROS 2提供了通信隔离机制。
在同个编队的所有设备终端中执行：export ROS_DOMAIN_ID=1。（值范围为0~101，0为默认值）
这个命令是设置了一个环境变量。ROS 2通过判断这个环境变量来识别是否为一组。不同ID节点无法通信。
因此如果你想将其分为两组，只需要在一半的设备上改为非0的，相同的ID即可。
多设备跨域通信
如果你的设备分别在两个城市，可以通过配置一台公网下的服务器(也可以在两个网段下，配置一个都能访问的设备作为中继)，将两个城市的设备连接到这台服务器上。这种通信方式被称为Fast-DDS。
在服务器上运行：fastdds discovery --server-id 0。
服务器开放11888端口。sudo ufw allow 11888/tcp
在设备上运行：export ROS_DISCOVERY_SERVERS=<服务器IP>:<服务器端口>。（端口默认11888）
设置ROS中间件为rmw_fastrtps_cpp(别人写好的包)：export RMW_IMPLEMENTATION=rmw_fastrtps_cpp
然后重新监听：ros2 daemon stop， 再重新启动：ros2 daemon start。
模块仓库
ROS 2有大量写好的机器人相关的包，包也称：模块、功能包、库。
安装相机标定：
sudo apt install ros-jazzy-camera-calibration
安装SLAM：
sudo apt install ros-jazzy-slam-toolbox
你会发现你只需要安装一个包，就可以获得一个功能。和Python通过pip安装包一样。安装后即可实现"一行代码"实现某个功能。