Hướng Dẫn Bắt Đầu với ROS2

Nếu bạn vừa mới tiếp cận với ROS2 (Robot Operating System 2), có thể bạn đã cảm thấy khó khăn với độ dốc học tập. Giữa C++, công cụ xây dựng ament, lệnh Linux và một kiến trúc giao tiếp hoàn toàn mới, bạn có thể cảm thấy như mình phải biết mọi thứ ngay lập tức.

Thực tế là, bạn không cần phải lao vào mọi hướng dẫn mà bạn tìm thấy. Điều bạn cần là một lộ trình có cấu trúc—một cách để xây dựng từng kỹ năng từng bước để bạn không phải đoán xem lỗi của mình đến từ ROS2 hay mã của chính bạn.

Dưới đây là cách để bắt đầu ROS2 đúng cách.

Bước 1: Làm Quen với C++

ROS2 được viết bằng C++. Nếu bạn không hiểu ngôn ngữ này, việc gỡ lỗi các nút ROS2 sẽ giống như giải một câu đố trong bóng tối. Bắt đầu từ những điều cơ bản:

• Viết các chương trình đơn giản như hello.cpp và biên dịch bằng g++.
• Tiến đến các dự án đa tệp (ví dụ: main.cpp, MotorController.cpp, MotorController.hpp).
• Học cách mã modular được biên dịch cùng nhau—điều này phản ánh cách cấu trúc của các gói ROS2.

Bằng cách làm điều này bên ngoài ROS2, bạn giảm bớt độ phức tạp và xây dựng sự tự tin với những điều cơ bản.

Bước 2: Học CMake Trước Ament

Các gói ROS2 phụ thuộc vào ament_cmake, nhưng nền tảng vẫn là CMake. Xây dựng các dự án nhỏ sử dụng CMakeLists.txt, sau đó chuyển sang thư viện và kiểm tra đơn vị. Ví dụ:

add_library(motor_driver MotorDriver.cpp)
add_executable(robot_node main.cpp)
target_link_libraries(robot_node motor_driver)

Thực hành này giúp bạn hiểu cách các gói ROS2 thực sự được xây dựng.

Bước 3: Làm Chủ Dòng Lệnh

Bạn sẽ dành phần lớn thời gian với ROS2 trong một terminal. Các lệnh như cd, source, mkdir, và export là rất cần thiết khi tạo không gian làm việc, khởi động các nút và quản lý môi trường. Nếu bạn không thành thạo ở đây, ngay cả những tác vụ đơn giản trong ROS2 cũng sẽ gây khó khăn.

Bước 4: Những Bước Đầu Tiên với ROS2 — Chủ Đề, Nút và Thông Điệp

Khi bạn đã sẵn sàng, hãy bắt đầu với cốt lõi của ROS2: các nút phát và đăng ký vào các chủ đề.

• Viết một nút phát talker để phát chuỗi tới /chatter.
• Viết một nút lắng nghe listener để đăng ký vào /chatter.
• Sử dụng ros2 topic echo /chatter và rqt_graph để xem giao tiếp đang hoạt động.

Bài tập đơn giản này mở khóa hệ thống nhắn tin mà mọi robot đều dựa vào.

Bước 5: Sử Dụng Mô Phỏng Trước Khi Kết Nối Phần Cứng Thực Tế

Trước khi kết nối động cơ và cảm biến, hãy sử dụng một robot mô phỏng. Thế giới TurtleBot3 Gazebo là hoàn hảo cho người mới bắt đầu. Bạn có thể thực hành phát lệnh vận tốc, xem quét lidar, và kiểm tra các stack điều hướng mà không làm hỏng phần cứng của mình.

ros2 launch turtlebot3_gazebo turtlebot3_world.launch.py
ros2 topic pub /cmd_vel geometry_msgs/Twist "{linear: {x: 0.1}, angular: {z: 0.1}}"

Mô phỏng giúp bạn xây dựng trực quan trong khi bảo vệ thời gian (và robot của bạn).

Bước 6: Kết Hợp Mã C++ của Bạn Vào ROS2

Cuối cùng, tích hợp các thư viện C++ của bạn vào các gói ROS2. Giả sử bạn đã viết một lớp SensorFusion trước đó—bọc nó bên trong một nút ROS2, liên kết nó với ament_cmake, và thử nghiệm với dữ liệu cảm biến mô phỏng. Cách tiếp cận này giữ cho logic cốt lõi của bạn độc lập với ROS2 trong khi làm cho nó có thể sử dụng bên trong một hệ thống robot.

Lộ Trình Rõ Ràng Đến ROS2

Thay vì nhảy từ hướng dẫn này sang hướng dẫn khác một cách ngẫu nhiên, lộ trình này đảm bảo bạn học được kỹ năng đúng lúc:

• Kiến thức cơ bản về C++ → hiểu logic
• CMake → xây dựng các dự án modular
• Kỹ năng CLI → điều hướng trong môi trường ROS2
• Cốt lõi ROS2 → chủ đề, nút, thông điệp
• Mô phỏng → kiểm tra an toàn trước phần cứng
• Tích hợp → kết hợp các thư viện của bạn với ROS2

Bằng cách tách biệt các nguyên tắc cơ bản của lập trình phần mềm khỏi các chi tiết cụ thể của ROS2, bạn sẽ luôn biết tìm ở đâu khi có điều gì đó bị hỏng.

Kết Luận

ROS2 không cần phải cảm thấy như một bức tường lỗi. Với cách tiếp cận từng bước—đầu tiên là làm chủ C++, sau đó là CMake, rồi đến ROS2—bạn sẽ chuyển từ sự bối rối sang sự tự tin.

Tại Robotisim, chúng tôi đã xây dựng lộ trình này thành khóa học Kỹ Thuật Robot Di Động của mình. Đó là sự khác biệt giữa "copy-paste cho đến khi nó hoạt động" và thực sự học cách phần mềm robot được xây dựng.

Bắt đầu từ những điều nhỏ. Xây dựng các nền tảng vững chắc. Sau đó để ROS2 mang lại sự sống cho robot của bạn.