基于Docker的ROS开发

本文主要介绍如何使用Docker在Windows和Linux环境中部署并使用ROS，通过Docker Container运行ROS，可以方便我们在一个本地环境中运行多个ROS版本。
更多内容，访问专栏目录获取实时更新。

关于ROS的版本

参考ROS1 Distribution Wiki和ROS2 Distribution Wiki，推荐使用：

• ROS1 Noetic 版本(2020/05发布，支持到2025/05)
• ROS2 Humble版本(2022/05发布，支持到2027/05)

拉取ROS镜像并运行ROS容器

要求阅读者需要具有基础的Docker使用经验
关于ROS的镜像，可以访问Docker Hub查找对应版本的脚本，本文里我们以ROS1 Noetic和ROS2 Humble为例演示。

环境要求
在Windows环境中，需要安装Docker Desktop，并且可以通过命令行执行docker命令：

Linux环境使用的是Ubuntu 22，同样已经提前安装了docker：

拉取镜像
在Windows环境中，需要首先启动Docker Desktop。然后执行下面的脚本，可以拉取ROS1和ROS2的镜像文件：

docker pull osrf/ros:noetic-desktop
docker pull osrf/ros:humble-desktop

执行完成后，通过指令查看已拉取的镜像文件：

docker images

运行容器

docker run --name <container-name> -it <image-name:tag>

上面的指令是运行一个容器，容器名为’container-name’的替换内容，使用’image-name:tag’指定的镜像文件，并运行在交互模式下(-it)，指令示例：

docker run --name noetic-gui -it osrf:noetic-desktop

指令运行以后，命令行将会进行到该容器的交互模式下，在Docker Desktop中，能看到当前运行的容器：

运行ROS

当前我们已经启动了ROS Noetic的Docker容器，并进入了交互模式，在命令行中执行

roscore

来启动ROS Master (仅针对ROS1版本需要)

如果你也在命令行中看到了上述的内容，说明ROS1运行成功。
Windows中启动另一个命令行，执行下面的命令，进入到一个已启动容器的交互模式：

docker exec -it <container-name> bash

然后执行：

source /opt/ros/noetic/setup.bash
printenv | grep ROS
rostopic list

第一条指令在每启动一个shell时都需要执行一下(除非你将该指令加入到了.bashrc文件中)，它能配置你的shell让你获取到ROS的程序和帮助这些程序找到依赖的包。
第二，三条指令分别是查看已安装ROS的环境变量和当前的ROS Topic列表，如果已正确完成了上述步骤，你可以看到下图类似的内容：

Docker容器中的GUI程序

如果我们运行的ROS程序需要打开一些用户交互界面，比如Gazebo，RViz等，在Docker容器中要怎么办呢？

以经典的小乌龟(turtlesim)为例，演示如何在docker容器中使用GUI。

rosrun turtlesim turtlesim_node

我相信执行完上面的指令后你将会得到下面的错误：

这时就需要我们安装XLaunch来实现界面的显示，你可以访问Xming网站获取，或通过SourceForge下载。在安装时基本不许要任何配置，仅注意同时安装XLaunch即可。

安装完成后，启动XLaunch，只需要在下图标注的步骤修改值为0，其他一直点击下一步直至结束
这时在电脑的状态栏里你应该能够看到启动的XServer.

确保XServer正常运行，这时再重新运行Noetic的容器，不过通过下面的指令运行：

docker run --name noetic-gui -e DISPLAY=host.docker.internal:0.0 -it osrf/ros:noetic-desktop

然后运行

roscore

并在另一个命令行中重复之前的命令(不要忘记source一下)，启动turtlesim

rosrun turtlesim turtlesim_node

我们的小乌龟就正常的显示在桌面上了。
启动另一个命令行，我们来通过键盘上下左右控制小乌龟：

rosrun turtlesim turtle_teleop_key

在Ubuntu中，步骤基本类似，在启动ROS时，建议通过一个bash文件来启动容器，run_noetic_gui.bash：

xhost local:root

XAUTH=/tmp/.docker.xauth

docker run -it \
    --name=noetic-gui \
    --env="DISPLAY=$DISPLAY" \
    --env="QT_X11_NO_MITSHM=1" \
    --volume="/tmp/.X11-unix:/tmp/.X11-unix:rw" \
    --env="XAUTHORITY=$XAUTH" \
    --volume="$XAUTH:$XAUTH" \
    --net=host \
    --privileged \
    osrf/ros:noetic-desktop \
    bash

echo "Done."

如何访问Docker容器中的文件

在之后的开发中，我们需要创建工作空间并创建自己的工程项目，而当前的ROS运行在Docker容器中，要怎样访问的到呢。

这里推荐使用VisualStudio Code，并安装插件Dev Container

成功安装了插件后，我们就可以通过VS Code打开一个Docker Container的文件目录啦。


至此，我们成功的在Windows或Ubuntu环境下，通过Docker中运行了ROS Noetic，并且能够显示用户界面，并且通过VS Code访问容器中的文件和工程。

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