第1章：开发环境搭建 — Ubuntu系统安装与配置、ROS2 Humble安装、Gazebo与Nav2安装、工作空间创建与测试

大家好，我是你们的导航仿真课讲师。这一章咱们先把“地基”打牢。说实话，我见过太多同学卡在环境搭建这一步，明明代码逻辑没问题，就是跑不起来。嗯，这里头多半是环境没配好。所以这一章，我会带着你一步步把 Ubuntu、ROS2、Gazebo 和 Nav2 全部装好，再建个工作空间测试一下。跟着我来，别跳步。

本章核心目标：搭建一个稳定、可复用的 ROS2 Humble 开发环境，确保 Gazebo 和 Nav2 能正常启动并通信。

1.1 Ubuntu 22.04 系统安装与基础配置

ROS2 Humble 官方推荐的是 Ubuntu 22.04 LTS。我个人习惯用这个版本，因为它的软件源最全，社区支持也最好。你想想看，如果装了个冷门版本，遇到问题连个问的人都没有，多难受。

安装要点：

  • 下载 Ubuntu 22.04 LTS 桌面版 ISO 镜像
  • 制作启动盘（推荐用 Rufus 或 balenaEtcher）
  • 安装时选择「最小安装」，省去不必要的软件包
  • 硬盘分区建议：/ 根目录 50GB，/home 剩余空间，swap 8GB（如果你内存大于16GB，swap可以不要）

我的小技巧：安装时把用户名设成全小写英文，不要带空格或特殊字符。我在项目中遇到过因为用户名带中文导致 ROS 节点无法启动的奇葩问题，排查了一下午才发现是路径编码问题。

基础配置三步走：

  1. 换源：把 apt 源换成国内镜像（清华、阿里、中科大任选），速度能快10倍。
  2. 更新系统：sudo apt update && sudo apt upgrade -y
  3. 安装基础工具：git、curl、vim、net-tools 这些，后面都会用到。
# 换源示例（清华源）
sudo sed -i 's@//.*archive.ubuntu.com@//mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn@g' /etc/apt/sources.list
sudo apt update

1.2 ROS2 Humble 安装 — 别踩这些坑

ROS2 的安装其实很简单，但有几个细节不注意，后面会出大问题。我刚开始用 ROS2 时，就因为 locale 没设对，编译时一堆乱码报错。

安装步骤：

  1. 设置 locale（必须 UTF-8）
  2. 添加 ROS2 官方源
  3. 安装 ROS2 Humble 桌面版（包含 rviz2、demo 等工具）
  4. 安装编译工具 colcon 和依赖包
# 设置 locale
sudo apt update && sudo apt install locales
sudo locale-gen en_US en_US.UTF-8
sudo update-locale LC_ALL=en_US.UTF-8 LANG=en_US.UTF-8

# 添加 ROS2 源
sudo apt install software-properties-common
sudo add-apt-repository universe
sudo apt update && sudo apt install curl -y
sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key -o /usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg
echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg] http://packages.ros.org/ros2/ubuntu $(. /etc/os-release && echo $UBUNTU_CODENAME) main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/ros2.list > /dev/null

# 安装 ROS2 Humble 桌面版
sudo apt update
sudo apt install ros-humble-desktop python3-colcon-common-extensions -y

注意：千万不要用 apt install ros-humble-ros-base 这个最小安装，它不包含 rviz2 和 Gazebo 的依赖。我有个学生图省事装了 base 版，结果后面跑导航仿真时缺了一堆包，一个个补装更浪费时间。

验证安装：打开两个终端，一个跑 ros2 run demo_nodes_cpp talker，另一个跑 ros2 run demo_nodes_py listener。能看到互相收发消息，说明安装成功。

1.3 Gazebo 与 Nav2 安装 — 仿真双引擎

Gazebo 是仿真环境的核心，Nav2 是导航算法的核心。这两者必须配合好。我建议用 Gazebo Fortress（也就是 Gazebo 11 之后的版本），它和 ROS2 Humble 的集成度最高。

安装命令：

# 安装 Gazebo Fortress
sudo apt install ros-humble-ros-gz-sim ros-humble-ros-ign-bridge -y

# 安装 Nav2 完整包
sudo apt install ros-humble-navigation2 ros-humble-nav2-bringup ros-humble-turtlebot3-gazebo -y

这里有个坑：很多人装了 Gazebo 后直接启动，发现黑屏或者卡死。为什么？因为 Gazebo 默认会下载模型文件，而模型服务器在国外，网络慢的话就会超时。解决办法是手动下载模型库放到本地。

避坑指南：我曾经在课堂上演示时，Gazebo 卡在下载模型那一步整整5分钟，场面一度很尴尬。后来我提前把模型库下载好，放到 ~/.gazebo/models/ 目录下，启动就秒开了。你可以去 GitHub 搜 gazebo_models 这个仓库，clone 下来就行。

1.4 工作空间创建与测试 — 让代码跑起来

工作空间是 ROS2 项目的“家”。所有你的代码、包、配置文件都放在这里。我习惯用 ~/ros2_ws 这个名字，简单好记。

创建步骤：

  1. 创建工作空间目录：mkdir -p ~/ros2_ws/src
  2. 进入 src 目录，创建一个测试包：ros2 pkg create test_pkg --build-type ament_cmake
  3. 编译整个工作空间：cd ~/ros2_ws && colcon build
  4. 设置环境变量：source install/setup.bash
# 完整流程
mkdir -p ~/ros2_ws/src
cd ~/ros2_ws/src
ros2 pkg create test_pkg --build-type ament_cmake
cd ~/ros2_ws
colcon build
source install/setup.bash

测试方法：运行 ros2 pkg list | grep test_pkg，如果能看到你的包名，说明工作空间配置成功。你也可以写一个简单的发布订阅节点来验证编译和运行都没问题。

你想想看，如果连工作空间都建不好，后面几十章的代码往哪放？所以这一步一定要亲手敲一遍，别复制粘贴就完事了。

1.5 本章知识体系总览

下面这张图是我画的本章知识结构，你可以把它当成一张“地图”。每次遇到环境问题，先看看自己卡在哪个环节。

第1章 开发环境搭建 — 知识体系 ROS2 Humble 开发环境 Ubuntu 22.04 安装配置 ROS2 Humble 安装 Gazebo + Nav2 安装 工作空间创建与测试 换源 / 更新 locale / 源 / colcon 模型库 / 桥接 colcon build / source

这张图把本章的四个核心模块串起来了。你从 Ubuntu 开始，一步步往上搭，最后在工作空间里验证。任何一个环节出问题，都可以倒回去检查。

1.6 常见问题与排查思路

问题现象 可能原因 解决办法
Gazebo 启动黑屏 模型库未下载 / 网络超时 手动下载模型库到 ~/.gazebo/models/
colcon build 报错找不到包 依赖未安装 / 源未更新 sudo apt update 后重装依赖
ros2 run 提示找不到节点 未 source setup.bash source install/setup.bash 或加到 .bashrc
中文乱码 locale 未设为 UTF-8 按 1.2 节步骤重新设置 locale

最后提醒一句：每次打开新终端，记得先 source /opt/ros/humble/setup.bash 和 source ~/ros2_ws/install/setup.bash。我建议你把这两行加到 ~/.bashrc 文件末尾，一劳永逸。

好了，环境搭好了，工作空间也跑通了。接下来你就可以放心地进入后面的章节，开始写真正的导航代码了。记住，环境问题是最不值得花时间纠结的，按我的步骤来，一次搞定。

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