2. 环境搭建：ROS2 Humble安装、Gazebo与TurtleBot3仿真环境配置、Nav2源码编译
做机器人导航，第一步不是写代码，而是搭环境。我见过太多人卡在这一步，环境没配好，后面全白搭。这一章，咱们就把地基打牢。
说白了，我们要干三件事：装ROS2 Humble、配Gazebo仿真、编译Nav2源码。这三件事的顺序不能乱，否则会出各种奇怪的问题。
2.1 ROS2 Humble 安装
ROS2的版本很多，为什么选Humble？因为它是个长期支持版（LTS），稳定到2027年。我个人习惯用LTS版本，毕竟项目做到一半突然要升级系统，那滋味可不好受。
2.1.1 系统要求
ROS2 Humble官方推荐Ubuntu 22.04。如果你用的是其他版本，我建议你装个虚拟机或者双系统。嗯，这里要注意：千万别在Windows上用WSL2跑ROS2的图形界面，我试过，坑太多。
| 组件 | 推荐版本 | 备注 |
|---|---|---|
| 操作系统 | Ubuntu 22.04 LTS | 其他版本可能不兼容 |
| Python | 3.10+ | 系统自带 |
| 编译器 | GCC 11.2+ | 系统自带 |
2.1.2 安装步骤
安装过程其实很简单，就几条命令。但我建议你一条一条执行，别复制粘贴一整段。为什么？因为万一中间某条命令失败了，你能立刻发现。
# 1. 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
# 2. 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 $UBUNTU_CODENAME) main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/ros2.list > /dev/null
# 3. 安装ROS2 Humble桌面版
sudo apt update
sudo apt install ros-humble-desktop
# 4. 安装开发工具
sudo apt install ros-dev-tools
echo "source /opt/ros/humble/setup.bash" >> ~/.bashrc
2.1.3 验证安装
装完别急着走，先跑个demo验证一下。打开两个终端，一个跑talker，一个跑listener。如果能看到消息在传，说明装好了。
# 终端1
ros2 run demo_nodes_cpp talker
# 终端2
ros2 run demo_nodes_cpp listener
2.2 Gazebo与TurtleBot3仿真环境配置
Gazebo是ROS2最常用的仿真器。TurtleBot3则是我们课程的主角——一个两轮差速机器人。你想想看，没有真车的时候，用仿真跑导航算法，多方便。
2.2.1 安装Gazebo
ROS2 Humble默认用的是Gazebo Fortress（也叫Ignition Fortress）。我记得刚开始用的时候，还不太习惯它的新API，但用久了发现确实比老版Gazebo Classic稳定。
sudo apt install ros-humble-gazebo-ros-pkgs
2.2.2 安装TurtleBot3相关包
这里有个坑：TurtleBot3的包分两部分，一部分是机器人模型和驱动，另一部分是仿真用的。两个都要装。
sudo apt install ros-humble-turtlebot3*
sudo apt install ros-humble-turtlebot3-gazebo ros-humble-turtlebot3-bringup ros-humble-turtlebot3-description
2.2.3 配置环境变量
TurtleBot3有多种型号：Burger、Waffle、Waffle Pi。我们课程用Waffle Pi，因为它带激光雷达和深度相机，适合做导航。
echo "export TURTLEBOT3_MODEL=waffle_pi" >> ~/.bashrc
echo "export GAZEBO_MODEL_PATH=$GAZEBO_MODEL_PATH:/opt/ros/humble/share/turtlebot3_gazebo/models" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc
2.2.4 启动仿真环境
配置完成后，启动一个空世界看看效果：
ros2 launch turtlebot3_gazebo empty_world.launch.py
如果能看到TurtleBot3出现在Gazebo里，恭喜你，环境配好了。
2.3 Nav2源码编译
为什么不用apt直接装Nav2？因为apt装的是二进制包，不能改源码。我们做导航调参，经常要改算法参数甚至源码，所以必须从源码编译。
2.3.1 创建工作空间
我个人习惯把工作空间放在~/ros2_ws下。名字无所谓，但路径里别有中文和空格。
mkdir -p ~/ros2_ws/src
cd ~/ros2_ws
2.3.2 克隆Nav2源码
Nav2的源码在GitHub上，我们用git clone拉下来。注意要拉humble分支，别拉错了。
cd ~/ros2_ws/src
git clone https://github.com/ros-planning/navigation2.git --branch humble
2.3.3 安装依赖
Nav2依赖很多包，比如tf2、nav_msgs、costmap_2d等等。用rosdep可以一键安装所有依赖。
cd ~/ros2_ws
sudo apt install python3-rosdep
sudo rosdep init
rosdep update
rosdep install -y --from-paths src --ignore-src --rosdistro humble
- 行为树层：控制导航的整体流程，比如先全局规划，再局部规划
- 规划器层：包括全局规划器（NavFn、Smac Planner）和局部规划器（DWB、Regulated Pure Pursuit）
- 控制器层：直接控制机器人运动，比如PID控制器
2.3.4 编译Nav2
编译用colcon build。第一次编译会比较慢，大概10-20分钟。我建议用--symlink-install参数，这样修改Python文件后不用重新编译。
cd ~/ros2_ws
colcon build --symlink-install
colcon build --symlink-install --parallel-workers 4
2.3.5 验证编译结果
编译完成后，source一下工作空间，然后运行Nav2的测试节点：
source ~/ros2_ws/install/setup.bash
ros2 run nav2_util lifecycle_bringup
如果能看到Nav2的生命周期节点启动成功，说明编译没问题。
2.4 本章知识体系
下面这张图展示了本章搭建的完整环境结构。你想想看，从底层系统到上层应用，每一层都不可或缺。
2.5 常见问题与避坑指南
环境搭建过程中，我遇到过不少问题。这里列几个最常见的，你遇到了可以直接翻回来查。
| 问题 | 原因 | 解决方法 |
|---|---|---|
| colcon build报错找不到包 | 依赖没装全 | 重新运行rosdep install |
| Gazebo启动后黑屏 | 显卡驱动问题 | 安装NVIDIA驱动或使用软渲染 |
| Nav2启动后机器人不动 | TF树没配置好 | 检查robot_state_publisher是否运行 |
sudo apt install libeigen3-dev=3.3.7-2
嗯，环境搭建就到这里。记住，这一步虽然繁琐，但值得花时间做好。后面所有的导航调参、避障实战，都建立在这个基础上。你想想看，如果环境没配好，后面出了问题你都不知道是代码的问题还是环境的问题。