ROS基本概念和常用命令学习--小乌龟样例

1 资料
2 整理输出
总结

1 资料

本节主要参考如下资料：
（1）《机器人操作系统（ROS）浅析》[美] Jason M. O’Kane 著肖军浩译
（2）《ROS机器人开发实践》胡春旭
（3）ros Tutorials 初级教程的1~9节：http://wiki.ros.org/cn/ROS/Tutorials
（4）喜欢视频的还可以看：
https://www.bilibili.com/video/av59458869/
古月·ROS入门21讲 | 一学就会的ROS机器人入门教程前9节

2 整理输出

2.1 ros版本选择和环境搭建

（1）ros的发版历史：http://wiki.ros.org/Distributions
（2）推荐的ros版本：ROS Noetic Ninjemys，LTS到2025.5，使用ubuntu20.04
补充：建议使用Virtual Box，搞个ubuntu20.04的虚拟机，成本最低，效率最高！
（3）第一种安装方式（非常方便快捷，推荐！）：
wget http://fishros.com/install -O fishros && sudo ./fishros
相关博客：
https://blog.csdn.net/KIK9973/article/details/118755045
（4）第二种安装方式（官网）：http://wiki.ros.org/cn/Installation/Ubuntu
（5）安装后，验证ros版本，检查是否安装成功：

printenv | grep ROS

cat ~/.bashrc

2.2 跑起来小乌龟样例

（1）小乌龟是机器人的代称，掌故可以看本人的ROS高效入门第一章 – ROS历史与现状
（2）ROS自带一个小乌龟仿真程序：turtlesim，用这个样例可以把ros相关的概念和命令，快速学一遍！
在安装了ros的ubuntu中，开三个终端，分别执行：

roscore
rosrun turtlesim turtlesim_node
rosrun turtlesim turtle_teleop_key

移动小乌龟时，光标一定放在turtle_teleop_key窗口！
在这里插入图片描述

2.3 ROS Packages软件包

（1）在ros中，所有软件都被组织成软件包packages，每个软件包都有一个清单文件package.xml，描述软件包，一个CMakeLists.txt，用来构建软件包。
因此，软件包可以定义为：ROS能找到且包含package.xml的目录。
（2）package.xml的详细解释见
http://wiki.ros.org/cn/ROS/Tutorials/CreatingPackage
（3）小乌龟样例的软件包为turtlesim，包含turtlesim_node和turtle_teleop_key两个可执行程序
（4）ROS操作软件包的命令：

//  创建，构建软件包并使能
cd ~/catkin_ws
catkin_create_pkg beginner_tutorials std_msgs rospy roscpp
catkin_make
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash  // 将工作空间添加到ROS环境中

rospack list
rospack find turtlesim
rosls turtlesim
roscd turtlesim
rospack depends turtlesim

（5）catkin_make的解释和复杂用法见：
http://wiki.ros.org/cn/ROS/Tutorials/BuildingPackages
http://wiki.ros.org/catkin/commands/catkin_make
catkin_make源码：
https://github.com/ros/catkin/blob/kinetic-devel/bin/catkin_make

2.4 ROS节点管理器和节点

（1）ROS架构图
在这里插入图片描述
（2）节点管理器Master，负责管理各节点，实现分布式通信。
启动命令：

roscore

（3）ROS程序的运行实例被称为节点（node）
启动命令：

rosrun package-name executable-name
// 例如2.2节的
rosrun turtlesim turtlesim_node
rosrun turtlesim turtle_teleop_key
// 节点重命名
rosrun turtlesim turtlesim_node __name:=my_turtle

节点调试命令：

rosnode list
rosnode info node-name
rosnode kill node-name
rosnode cleanup

2.5 话题Topic和消息msg

（1）话题通信机制
在这里插入图片描述
在ROS中，msg有组织地存放在话题topic里。消息传递的理念是：
当一个节点想要分享信息时，它就会发布(publish)消息到对应的一个或者多个话题；当一个节点想要接收信息时，它就会订阅(subscribe)它所需要的一个或者多个话题。
节点间是松耦合的，每个节点都不需要显式知道其他节点的存在与否。
ROS节点管理器负责确保发布节点和订阅节点能找到对方。
而且消息是直接地从发布节点传递到订阅节点，中间并不经过节点管理器转交。
（2）可视化查看节点和话题

rosrun rqt_graph rqt_graph
rosrun rqt_plot rqt_plot

在这里插入图片描述

（3）消息和话题调试命令

rostopic list
rostopic echo topic-name
rostopic hz topic-name
rostopic bw topic-name
rostopic info topic-name

rostopic type topic-name
rosmsg show message-type-name

// 手动发送消息
rostopic pub –r rate-in-hz topic-name message-type message-content
// 例如
rostopic pub –r 1 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist ’[2,0,0]’ ’[0,0,0]’

// 对整个拓扑体检
roswtf

（4）消息类型的命名方式
在这里插入图片描述

2.6 服务service

（1）服务是一种带有应答（请求和回复）的通信机制，是C/S模式，是同步通信，是一对一的，而话题是异步通信，是广播通信。
在这里插入图片描述

（2）服务调试参数

rosservice list
rosservice type [service]
rosservice call [service] [args]
rosservice info [service]

rosservice type /spawn | rossrv show
rossrv show service-data-type-name

rosservice call  [service] request-content
rosservice call /spawn 3 3 0 Mikey

2.7 参数param

（1）参数类似于ROS中的全局变量，由ROS Master（参数服务器）进行管理。由于允许节点主动查询其感兴趣的参数的值，它们适用于配置那些不会随时间频繁变更的信息。
参数服务器能够存储整型（integer）、浮点（float）、布尔（boolean）、字典（dictionaries）和列表（list）等数据类型。rosparam使用YAML标记语言的语法。
在这里插入图片描述
（2）调试命令

rosparam list

rosparam set [param_name]
rosparam get [param_name]

//修改turtlesim背景颜色为黄色，参数值修改后，需要调用服务/clear才能生效
rosparam set /turtlesim/background_r 255
rosparam set /turtlesim/background_g 255
rosparam set /turtlesim/background_b 0
rosservice call /clear

//获取所有参数
rosparam get /

// 命名空间不是必须
rosparam dump [file_name] [namespace]
rosparam load [file_name] [namespace]

2.8 ROS日志和rqt_console

（1）ROS开发了一套日志系统，支持编程调用，支持可视化查看，这里主要讲后者。分为如下级别，

Fatal （致命）
Error （错误）
Warn  （警告）
Info  （信息）
Debug （调试）

（2）小乌龟样例中，有个/rosout节点，负责接收各个节点发来的/rosout topic，
并聚合该topic，以/rosout_agg topic发送出去，rqt_console作为一个节点，订阅该日志聚合topic。

rosrun rqt_console rqt_console

设置log等级（点击刷新后，使能）：

rosrun rqt_logger_level rqt_logger_level

让小乌龟撞墙，就能看到warn日志，如下
在这里插入图片描述

2.9 launch文件和roslaunch

（1）上面的小乌龟样例，都是用roscore和rosrun手动起的，占用窗口多，也比较麻烦。真实的系统，一般都是用launch文件启动，这种启动方式，不需要单独启动节点管理器，而且能一把拉起来多个节点。
（2）launch文件使用XML描述，后缀用.launch，一般在某个软件包的根目录创建launch目录，存放启动文件

cd ~/catkin_ws
catkin_create_pkg beginner_tutorials std_msgs rospy roscpp
source devel/setup.bash

roscd beginner_tutorials
mkdir launch
cd launch
touch turtlemimic.launch

turtlemimic.launch内容粗解释：

<launch>

// 此处我们创建了两个分组，并以命名空间（namespace）标签来区分，
// 其中一个名为turtulesim1，另一个名为turtlesim2，两个分组中都有相同的名为sim的turtlesim节点。
  <group ns="turtlesim1">
    <node pkg="turtlesim" name="sim" type="turtlesim_node"/>
  </group>

  <group ns="turtlesim2">
    <node pkg="turtlesim" name="sim" type="turtlesim_node"/>
  </group>

// 启动模仿节点，话题的输入和输出分别重命名为turtlesim1和turtlesim2，这样就可以让turtlesim2模仿turtlesim1了
  <node pkg="turtlesim" name="mimic" type="mimic">
    <remap from="input" to="turtlesim1/turtle1"/>
    <remap from="output" to="turtlesim2/turtle1"/>
  </node>

</launch>

启动和测试

roslaunch beginner_tutorials turtlemimic.launch

rostopic pub /turtlesim1/turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist -r 1 -- '[2.0, 0.0, 0.0]' '[0.0, 0.0, -1.8]'

（3）关于roslaunch文件更具体的语法规则看《机器人操作系统（ROS）浅析》第六章

总结

利用小乌龟样例，把这些都操作一遍，并记下这些概念，为后面更深入的ROS编程打基础。

ROS高效入门第二章 -- 基本概念和常用命令学习，基于小乌龟样例