教程 Re:Zero ROS （四）—— 略讲:Service/msg/srv/tf/urdf/launch/param

 **前情提要：上一篇，已经成功建立了工程，并编写了一个节点发布和订阅话题的功能 **

《教程 Re:Zero ROS （三） —— 新建工程、订阅发布话题》
https://blog.csdn.net/Lovely_him/article/details/107751902

教程 Re:Zero ROS （四）

—— Service/msg/srv/tf/urdf/launch/param

1. 编写与测试Service服务

《编写简单的Service和Client (Python)》
http://wiki.ros.org/cn/ROS/Tutorials/WritingServiceClient%28python%29
《测试简单的Service和Client》
http://wiki.ros.org/cn/ROS/Tutorials/ExaminingServiceClient

• 1）“Service服务”和“Topic话题”的编写差不多，使用区别就在于topic是一直发布与订阅，而service是请求后响应。具体编写可参考wikiros或是中科院的例程。
• 2）“Service服务”一般是用于反馈中。比如，如果我想得知当前小车运动情况，发送一个请求得到小车的响应，返回srv消息。ros一般一个节点一个功能，然后通过话题或服务等通讯方式连接起来实现目的。
• 3）我完成小车仿真的过程中并没有编写过“Service服务”，因为用不到。我的工程体量太小，内容简单，涉及的信息量不大。如果我想反馈信息，只需使用rostopic echo指令或rqt_plot和rqt_graph工具查看便可。调用的软件包虽然有提供了“Service服务”，但是我也没怎么用到。

2.了解msg与srv消息

msg
http://wiki.ros.org/msg
srv
http://wiki.ros.org/srv

• 1）msg和srv属于ros的一种数据类型，可以类比c语言的结构体。srv与msg不同的则是分有响应与请求两部分。
• 2）ros允许自定义msg和srv，定义完后修改工程的CMakeLists.txt文件便可使用。但是一般没必要自定义，因为ros库本身自带的msg和srv就已经完全够用且有多了。
• 3）需要关注的是std_msgs/Headermsg消息类型，是关联TF树的重要知识点，在下一点说明。
• 4）在调试/编写ros工程时，时常需要查看msg或是srv数据类型的定义内容。在终端输入rosmsg和rossrv相关指令便可快速查看，这两个指令不需要开启roscre便可以使用。其中用得最多的便是rosmsg/srv show。如果你使用的是”RoboWare“IDE的话，是可以直接查看系统内已安装的msg和srv。
• 

3.编写TF树

tf/Tutorials
http://wiki.ros.org/tf/Tutorials

• 1）tf的功能就是接收许多坐标的相对消息，然后将其连接起来形成树状图，所以叫tf树。节点可以一直发布消息到tf，也可以一直订阅tf的消息。感觉上tf像是一个节点，因为它能处理接受到的数据并进行转换再发布给订阅的节点。但是在rqt_graph中可知tf属于类似话题类的方框标识。大家用多后自然有概念了，这个概念取决你涉及的深度，够自己用，不妨碍理解就好。
• 2）在小车仿真实验中，有一步要自己编写小车相对于原始起点的坐标，将此坐标发送至tf中，供其他节点调用。以下举个简单的例子，更多例子可参考wikiros或是中科院的例程。

#!/usr/bin/env python
#-*-coding:utf-8-*-

# 加载ros的Python基础包
import rospy
# 加载ros的tf2基础包
import tf2_ros
# 加载tf树 的 msg消息
from geometry_msgs.msg import TransformStamped

class main_class:
    # 初始化函数
    def __init__(self):
        # 创建node节点 —— odom坐标计算
        rospy.init_node('odom_calculate', anonymous=True)
        # 创建tf对象，用于发布odom坐标
        self.odom_tf = tf2_ros.TransformBroadcaster()
        # 创建msg数据对象，用于存储数据于发布数据
        self.msg_tf = TransformStamped()
        # 填写当前时间
        self.msg_tf.header.stamp    = rospy.Time.now().to_sec()
        # 填写参考原点
        self.msg_tf.header.frame_id = odom
        # 填写当前坐标
        self.msg_tf.child_frame_id  = base
        # 设置延时频率
        rate = rospy.Rate(1)
        while not rospy.is_shutdown():
            # 发送TF消息
            self.broadcaster()
            # 延时
            rate.sleep()

    # 回调函数
    def broadcaster(self):
        # 填写当前时间
        self.msg_tf.header.stamp = rospy.Time.now().to_sec()
        # 填写位姿（坐标）消息
        self.msg_tf.transform.rotation.x = 0
        self.msg_tf.transform.rotation.y = 1
        self.msg_tf.transform.rotation.z = 2
        self.msg_tf.transform.translation.x = 3
        self.msg_tf.transform.translation.y = 4
        self.msg_tf.transform.translation.z = 5
        # 向tf树发送坐标消息
        self.odom_tf.sendTransform(self.msg_tf)

if __name__ == '__main__':
    try:
        main_class()
    except rospy.ROSInterruptException:
        pass

• 3）odom代表起始原点，base代表小车位置，即小车当前坐标相对于起始原点，处于什么位置。这个坐标关系是需要根据陀螺仪和编码器计算得到的，这里碍于篇幅就删掉赋予固定值。
• 4）在填写msg信息时，经常忘记有哪些项需要填写，可以使用rosmsg show指令查看。
• 
• 5）如果忘记某msg信息每个值代表什么意思，可以尝试翻译变量的ID，或是查看wiki手册。

geometry_msgs
http://wiki.ros.org/geometry_msgs
geometry_msgs/TransformStamped Message
http://docs.ros.org/api/geometry_msgs/html/msg/TransformStamped.html

4.wiki-ros手册（http://wiki.ros.org）

• 0）假设你已经查看过很多次wiki了，或许应该差不多发现了wiki的网址命名规律。
• 1）查看msg包http://wiki.ros.org+/<msg 包名>；进入页面后再找子msg消息数据类型。例如(srv类似)：

http://wiki.ros.org/std_msgs

• 2）查看pack包http://wiki.ros.org+/move_base；进入页面后可查找子插件和节点功能等相关信息。

http://wiki.ros.org/move_base

• 3）总结，查看ros相关内容http://wiki.ros.org+/<相关内容>；这个内容必须是大类的，索引查找当然应该从大类筛选到小类。
• 4）有时候在别的ros工程里看到有不懂的内容，不知道属于哪个大类或是有哪些小类，甚至属于什么类型的都不知道。这时就可以百度，关键字为<不懂的内容>+ros wkik。如果wiki内含有相关的标题内容，就会直接被搜索到。这个功能还是很方便的。（为什么不用wiki内的搜索框？不知道为什么每次搜索都失败，直接跳转加载超时页面）

5.编写URDF

urdf
http://wiki.ros.org/cn/urdf

• 1）urdf就是将tf的概念再扩展了一步，tf是宏观，urdf是微观（个人目前使用范围内的理解） 。urdf定义了各个部件之间的坐标关系与运动限制，如果对象是机械臂，则是不同关节的长度、可摆动角度等消息；如果对象是小车，则是不同轴承的长度，轮胎的转速等消息。
• 
• 2）wiki上的图和例程就很经典，简单了解，直白易懂。根据图就能明白，link就是物块本身属性，joint则是定义两个物块之间的属性。

urdf/Tutorials/Create your own urdf file
http://wiki.ros.org/urdf/Tutorials/Create%20your%20own%20urdf%20file

• 3）如果你没有给自己的设定物体准备模型，urdf还可以定义简易的物体形状与颜色。编写一个关节链接另一个关节的程序并不难，先定个小目标，尝试拼个钢铁侠出来吧。比赛时小车的模型是不允许修改的，我也并没有多研究，有个概念知道是这么回事就好了，之后要用到再回来查。
• 4）urdf使用的是一种名为 xacro 的宏语言，优点是简单，缺点是简单…… 全是标签，只要缩进没有问题，查wiki手册知标签的意思，就是往里面填属性了。还有一点需要注意点是，urdf文件内不可以有中文，注释也不可以。不然运行就会报错。早期看程序学习时把我坑惨了。
• Ubuntu 20.04版本的noetic下，又许多指令和旧版的不一样，我在查找学习博客时就发现很多操作在noetic不能直接实现。

《ros初探xacro/xacro模型文件》
https://blog.csdn.net/qq_43786066/article/details/104420700
Using Xacro to Clean Up a URDF File
https://wiki.ros.org/urdf/Tutorials/Using%20Xacro%20to%20Clean%20Up%20a%20URDF%20File

6.配置文件CMake/package & 启动文件launch

roslaunch
http://wiki.ros.org/roslaunch/

• 1）之前编写的topic和service的python文件都是单个执行的，launch则是将调用各个topic和service的可执行文件，且不限于这两，ros几乎所有需要加载的东西都是由launch启动加载的。所以可以将launch理解为启动文件，其基础简单的作用便是启动roscore然后执行程序。
• 2）要想launch能顺利正常的启动还需要保证工程文件中CMakeLists.txt与package.xml文件都配置好。因为launch会自动启动roscore，所以启动前还需要保证工程已经编译通过，环境变量已经刷新等操作。（注意，CMakeLists.txt与package.xml也不能存在中文）
• 3）如果添加了msg或是srv，则需要修改：package.xml和CMakeLists.txt

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS std_msgs message_generation)

解决ROS在编译中出现Unknown Cmake command“generate_messages”的问题
https://blog.csdn.net/csdnpen/article/details/107317421

• 3）如果添加了自定义的msg和srv，则需要修改：package.xml和CMakeLists.txt

 <build_depend>message_generation</build_depend>
 <exec_depend>message_runtime</exec_depend>

generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs <自定义msg的名字> <自定义srv文件的名字>)
add_message_files(FILES <自定义msg文件的名字>)
add_service_files(FILES <自定义srv文件的名字>)

创建ROS消息和ROS服务
http://wiki.ros.org/cn/ROS/Tutorials/CreatingMsgAndSrv
Creating a workspace for catkin
http://wiki.ros.org/catkin/Tutorials/create_a_workspace

• 4）如果添加了.py文件，则需要修改：CMakeLists.txt

catkin_install_python(
	PROGRAMS 
	<py文件名含路径>
  	DESTINATION ${
    
    CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION}
)

• 4）如果.py导入的其他软件包，则需要修改：package.xml和CMakeLists.txt

 <build_depend><添加的软件包></build_depend>
 <exec_depend><添加的软件包></exec_depend>

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS <添加的软件包>)

• 5）这里面是重点，配置了CATKIN_DEPENDS，则package.xml内也要添加对应的内容。不然就会报错。

catkin_package(
#  INCLUDE_DIRS include
#  LIBRARIES himpack_name
  CATKIN_DEPENDS roscpp rospy std_msgs <包名1>
#  DEPENDS system_lib
)

 <build_depend><包名1></build_depend>
 <exec_depend><包名1></exec_depend>

• 5）一切准备无误后，就开始编写launch文件，尝试启动之前写好的topic话题.py文件。启动之前确定package.xml和CMakeLists.txt无误，确定.py文件给予了执行权限，确定launch内pkg、type填写无误。任何一步出错都有导致编译失败。（launch的编写格式、标签请上wiki查，具有绝对准确性与详细性）

<?xml version="1.0"?>
<launch>
    <node pkg="himpack_name" type="output_control.py" name="motor_control"/>
</launch>

• 6）编写完成后，catkin_mate编译，然后source ~/.bashrc刷新环境变量，最后roslaunch执行launch文件，然后启动rqt_graph工具查看节点。

catkin_mate
source ~/.bashrc
roslaunch output_control.launch

• 
• 7）可以看到，启动launch文件时，ros也会被启动，相对于执行力一次roscore。同时节点图内查看的节点名是没有后缀的。不同于单个文件启动。
• 8）大多数时候launch是分功能块写的，部分节点归为一类，一起启动会相对于启动某种功能。这样便会用launch打包在一起，然后被其他launch文件引用/调用。同时，如果某些launch被打包后不能单独启动，只能被其他launch调用的话，会在.launch后缀名后加上.xml，一起组成.launch.xml。这样便只能用于被调用了，使用起来有点像载入参数。

7.参数param/yaml

rosparam
http://wiki.ros.org/rosparam

• 1）大多数时候，为了增加程序的适用性与移植性，都不会把程序的参数“写死”。比如之前写的topic发送程序，我们已经把"发布的topic话题名"和“订阅的topic话题名”，我们日后调用该程序时，若对应的topic名不一致，我们还需要打开程序的源代码修改。这样就极其不方便了。
• 2）如果需要把.py的变量转为可变参数，只需要作如下修改。rospy.get_param内的第一个参数即为参数名，第二个参数为默认参数值，可有可无。这个函数就是把该参数的值返回给node_name变量，如果没有默认值也没有设置值的话就会报错。

# 创建node节点 —— 电机控制
node_name = rospy.get_param('~node_name',"motor_control")
rospy.init_node(node_name, anonymous=True)

• 3）.py内修改好后，在launch内就可以设置参数了。name为参数名，value为参数值，type为参数类型，可为实数或是字符。字符为"string"，实数为"double"。需要注意多就是，如果参数是实数变量，则.py内的默认参数不需要加双引号，但是launch内还是要加。

<?xml version="1.0"?>
<launch>
    <node pkg="himpack_name" type="output_control.py" name="motor_control">
        <param name="node_name" type="string" value="motor_control"/>
    </node>
</launch>

# .py内
max_angle = rospy.get_param('~max_angle',0.32)
# .launch内
<param name="max_angle" type="double" value="0.32"/>

• 4）除了可以在.py和.cpp内设置参数，launch内也可以设置参数。注意格式$(arg node_name)。参数default是指默认值，该launch文件被其他launch调用时如果没设置这个参数，这个参数必须有个默认值。同时，<param …… value……>内一定为value不能为default，切记。

<?xml version="1.0"?>
<launch>
    <arg name="node_name" default="motor_control"/>
    <node pkg="himpack_name" type="output_control.py" name="motor_control">
        <param name="node_name" type="string" value="$(arg node_name)"/>
    </node>
</launch>

• 5）同时，如果参数实在过多，在launch文件内排布的不美观的话，还可以另外再打包为参数文件.param。这种情况是确定好了部分参数的值，不需要再被外层调用修改时使用。 说白了就是，一般在调用ros官方库时才用，因为官方软件包已经是成品，有完善的功能，但是需要配置很多参数。所以就有了,param参数打包文件。编写也很简单，只需要"参数名:参数值"即可。

i: 1.0
d: 1.0

• 6）如果参数是msg或是srv类型的，需要配置多层参数，则需要按缩进分层。

8. 总结

• 1）现在已经把ros工程的大致结构介绍完了，掌握这些知识，对于搭建仿真小车来说已经绰绰有余了。
• 2）下一篇教程将开始一步步创建仿真小车的ros工程。同时简单介绍map_server/move_base/amcl/slam等与小车导航、定位有关的软件包。
• 3）待补。 感谢你能看到这里，这是一个完整的系列，如果还没看前后篇，开去看吧。

《教程 Re:Zero ROS （五）—— 导入模型，关节控制器 》
https://blog.csdn.net/Lovely_him/article/details/107806662