包执行ros_ROS入门教程(一)

朱雀 2023-01-06 04:27 295阅读 0赞

### **未经许可，禁止转载** ###

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>  <strong>机器感知</strong> 一个专注于SLAM、三维重建、机器视觉等相关技术文章分享的公众号 <img src="https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/05eef16dd76e714f611647636da3bc2a.png" alt="05eef16dd76e714f611647636da3bc2a.png"> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

##### **1. 安装和配置ROS环境** #####

安装ROS: 详见\[`ROS安装教程`\]

###### **1.1 管理ROS环境** ######

确保ROS环境变量已被设置

printenv | grep ROS
    # 输出如下
    linux@linux:~$ printenv | grep ROS
    ROS_ROOT=/opt/ros/indigo/share/ros
    ROS_PACKAGE_PATH=/opt/ros/indigo/share:/opt/ros/indigo/stacks
    ROS_MASTER_URI=http://localhost:11311
    ROSLISP_PACKAGE_DIRECTORIES=
    ROS_DISTRO=indigo
    ROS_ETC_DIR=/opt/ros/indigo/etc/ros

###### **1.2 创建ROS工作空间** ######

关于catkin和rosbuild的选择

ROS Indigo发布于2014年, ROS Groovy发布于2012, 根据官网说明, ROS Groovy及其之后的版本使用catkin, ROS Fuerte及更老的版本使用rosbuild, 因此, 我这里使用catkin

$ mkdir -p ~/catkin_ws/src
    $ cd ~/catkin_ws/
    $ catkin_make

在工作空间中首次运行`catkin_make`命令后, 它会在`./src`目录下创建一个CMakeLists.txt.

linux@linux:~/catkin_ws$ ls
    build  devel  src

在`devel`文件夹中, 有几个`setup.*sh`的文件, `source`任何一个, 都将覆盖工作空间顶层环境

$ source devel/setup.bash

输入以下命令, 确保`ROS_PACKAGE_PATH`环境变量包含了当前路径

$ echo $ROS_PACKAGE_PATH
    /home/youruser/catkin_ws/src:/opt/ros/kinetic/share
    # 自己添加的, 非官网
    linux@linux:~/catkin_ws$ printenv | grep ROS
    ROS_ROOT=/opt/ros/indigo/share/ros
    ROS_PACKAGE_PATH=/home/linux/catkin_ws/src:/opt/ros/indigo/share:/opt/ros/indigo/stacks
    ROS_MASTER_URI=http://localhost:11311
    ROSLISP_PACKAGE_DIRECTORIES=/home/linux/catkin_ws/devel/share/common-lisp
    ROS_DISTRO=indigo
    ROS_ETC_DIR=/opt/ros/indigo/etc/ros

通过对比, 仅有`ROS_PACKAGE_PATH`和`ROSLISP_PACKAGE_DIRECTORIES`发生了变化

##### **2. ROS文件系统** #####

###### **2.1 安装ros-indigo-ros-turorials(安装ROS时已经安装过了)** ######

sudo apt-get install ros-indigo-ros-tutorials

###### **2.2 文件系统概念** ######

*  Packages: Packages是ROS代码的软件单元的一种组织方式, 每个Package可以包含库, 可执行程序, 脚本等.
 *  Manifests(package.xml): manifest(中文: 清单)是一个package的描述文件. 它定义了包之间的依赖, 并用来捕获包的元信息(meta information, 元数据是关于数据的组织、数据域及其关系的信息，简言之，元数据就是关于数据的数据。), 例如版本, 维护者, 证书等等.

###### **2.3 文件系统工具** ######

ROS代码分布于很多`packages`中, 使用诸如`ls`和`cd`这样命令行来进行文件导航是及其繁琐乏味的, 因此ROS提供了相关的工具来使用

*  使用rospack
    
    rospack可以获得有关packages的信息, 此处展示`find`命令, 帮助命令为`rospack help`
    
        linux@linux:~/catkin_ws rospack find roscpp
        /opt/ros/indigo/share/roscpp
 *  使用roscd
    
    roscd是rosbash的一部分, 此命令可以让你直接把目录改变到一个package中或一个stack中
    
        # 语法, 可以直接进入某个package文件夹中
        roscd [locationname[/subdir]]
        linux@linux:~/catkin_wsroscdroscpplinux@linux:/opt/ros/indigo/share/roscpp roscd roscpplinux@linux:/opt/ros/indigo/share/roscpproscdroscpplinux@linux:/opt/ros/indigo/share/roscpp pwd
        /opt/ros/indigo/share/roscpp
    
    注: 和其他ROS工具类似, roscd只寻找`ROS_PACKAGE_PATH`所列出路径, 其中的每个路径用`:`来分隔.
 *  roscd log
    
    此命令会进入ROS存储log的文件夹, 如果执行此命令之前没有运行过ROS程序, 此命令会报错, 找不到此文件夹.
    
        linux@linux:/opt/ros/indigo/share/roscpp roscd log
        No active roscore
        bash: cd: /home/linux/.ros/log: 没有那个文件或目录
 *  使用rosls
    
    rosls与roscd类似, 不多介绍.
 *  Tab补全
    
    rosls, roscd, TAB都与Linux shell提供了同样的功能, 不多介绍

##### **2.4 总结** #####

*  rospack = ros + pack(age)
 *  roscd = ros + cd
 *  rosls = ros + ls

此类书写风格在ROS工具中很常用.

##### **3. 创建ROS Package** #####

此章节使用`roscreate-pkg`或`catkin`创建一个新的package, 并用rospack列出包的依赖关系.

###### **3.1 一个catkin package的组成** ######

*  必须包含一个catkin兼容的package.xml文件
 *  必须包含一个使用catkin的CMakeLists.txt
 *  每个package必须有自己的文件夹: 这意味着没有嵌套的包，也没有共享同一目录的多个包.
    
    最简单的package如下:
    
        my_package/
          CMakeLists.txt
          package.xml

###### **3.2 catkin工作空间中的package** ######

使用catkin packages工作的推荐方式是使用catkin工作空间, 当然也可以单独建立一个catkin package. 一个普通的工作空间大概如下:

workspace_folder/        -- WORKSPACE
      src/                   -- SOURCE SPACE
        CMakeLists.txt       -- 'Toplevel' CMake file, provided by catkin
        package_1/
          CMakeLists.txt     -- CMakeLists.txt file for package_1
          package.xml        -- Package manifest for package_1
        ...
        package_n/
          CMakeLists.txt     -- CMakeLists.txt file for package_n
          package.xml        -- Package manifest for package_n

###### **3.3 创建一个catkin Package** ######

*  创建工作空间的方法见: `1.2 创建ROS工作空间`
 *  catkin\_create\_pkg  \[depend1\]\[depend2\] \[depend3\]
    
        cd¨E126E/catkin¨E95Ews/src cd ~/catkin_ws/srccd¨E126E/catkin¨E95Ews/src catkin_create_pkg beginner_tutorials std_msgs rospy roscpp

###### **3.4 编译catkin工作空间并source** ######

$ cd ~/catkin_ws
    $ catkin_make
    $ . ~/catkin_ws/devel/setup.bash

###### **3.5 package依赖** ######

*  一级依赖: `$ rospack depends1 beginner_tutorials`
    
    此命令的输出与调用package时传入的参数一致, 这些对packages的依赖存储在package.xml中.
 *  间接依赖: `$ rospack depends1 rospy`
    
    大多数情况下, 一个依赖项都会有它自己的依赖. rospack可以递归检测所有的嵌套依赖.

###### **3.6 定制Package** ######

*  定制package.xml
    
    包括description, maintainer, license, dependencies(包括了buildtool\_depend, build\_depend, exec\_depend)
 *  定制CMakeLists.txt

##### **4. 编译ROS Package** #####

###### **4.1 编译Packages** ######

*  catkin\_make可以看做是组合调用了标准Cmake工作流: cmake, make
    
        # In a CMake project
        mkdir build
        cd build
        cmake ..
        make
        make install  # (optionally)
        # In a catkin workspace
        catkin_make
        catkin_make install  # (optionally)
    
    catkin\_make命令将编译`src`目录下的所有工程. 对于源码不在当前目录下的使用方法为:
    
        # In a catkin workspace
        catkin_make --source my_src
        catkin_make install --source my_src  # (optionally)
 *  编译Package
    
    在当前工作空间中(~/catkin\_ws/): `catkin_make`.

##### **5. ROS Nodes** #####

本节引入ROS graph的概念, 并探讨roscore, rosnode, rosrun的使用.

###### **5.1 Graph概念概览** ######

*  Nodes: 一个node表示一个使用ROS来与其他nodes进行通信的`可执行程序`.
 *  Messages: ROS数据类型.
 *  Topics: Nodes可以向topic发布消息，也可以订阅topic来接收消息.
 *  Master: Name service for ROS(即帮助节点找到彼此).
 *  rosout: ROS下的stdout/stderr.
 *  roscore: Master + rosout + parameter server

###### **5.2 Nodes** ######

在ROS package中, 一个node实际上只不过是一个可执行文件. ROS nodes使用ROS client library与其他nodes进行通信. Nodes可以发布和订阅一个Topic. Nodes也可以提供或使用一个Service.

###### **5.3 Client Libraries** ######

ROS client library允许使用不同编程语言写出来的nodes进行通信

*  rospy = python client library
 *  roscpp = c++ client library

###### **5.4 roscore** ######

roscore是当你使用ROS时第一个应该运行的东西

###### **5.5 使用rosnode** ######

rosnode显示当前正在运行的有关ROS nodes的信息

#列出活跃状态的nodes
    $ rosnode list
    #显示有关指定node的信息
    $ rosnode info /rosout

###### **5.6 使用rosrun** ######

rosrun允许使用package名来直接运行一个package中的node(不用非得知道package的路径).

#Usage:
    $ rosrun [package_name] [node_name]
    #run the turtlesim_node in the turtlesim package
    $ rosrun turtlesim turtlesim_node

ROS支持为node重新指定名字

$ rosrun turtlesim turtlesim_node __name:=my_turtle
    linux@linux:~$ rosnode list
    /my_turtle
    /rosout

可以使用`$ rosnode ping my_turtle`来测试是否真的跑起来了.

###### **5.7 总结** ######

*  roscore = ros + core: master(prodives name service for ROS) + rosout(stdout/stderr) + parameter server.
 *  rosnode = ros + node: ROS tool to get information about a node.
 *  rosrun = ros + run: runs a node from a given package.

##### **6. ROS Topics** #####

本节引入ROS topics, 与此同时使用rostopic和rqt\_plot工具.

###### **6.1 准备工作** ######

*  确保roscore在运行, 在一个新打开终端输入`roscore`可进行测试
 *  运行`$ rosrun turtlesim turtlesim_node`
 *  运行`$ rosrun turtlesim turtle_teleop_key`, 使用方向键控制turtle移动

###### **6.2 ROS Topics** ######

*  使用`rqt-graph`
    
    `rqt-graph`创建系统的一个动态图. `rtq-graph`是`rqt package`的一部分, 安装方法如下:
    
        sudo apt-get install ros--rqt
        sudo apt-get install ros--rqt-common-plugins
    
    在新终端中输入:`$ rosrun rqt_graph rqt_graph`会出现一个可视化窗口, 显示nodes之间的关系.
 *  引入`rostopic`
    
    `rostopic`工具用来获取ROS topics.
 *  使用`rostopic echo`
    
    `rostopic echo`显示发布在一个topic上的数据, 只有在运行之后有新的消息发布到topic上时才会有输出.
    
        # Usage:
        rostopic echo [topic]
        rostopic echo /turtle1/cmd_vel
 *  使用`rostopic list`
    
    使用`$ rostopic list -v`列出所有的topics

###### **6.3 ROS Messages** ######

topics上的通信是通过在nodes之间发送ROS messages进行的. 发布者和订阅者必须发送和接收同种类型的消息. 这意味着, topic的类型是由发布在其上的message类型定义的. message的类型可通过`rostopic type [topic]`来查询. 可以使用`rosmsg show type`查看信息格式.

###### **6.4 rostopic续** ######

*  `rostopic pub`可以在一个topic上发布数据
    
        # Usage:
        rostopic pub [topic] [msg_type] [args]
        #双短线表示后边的不是命令选项
        rostopic pub -1 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist -- '[2.0, 0.0, 0.0]' '[0.0, 0.0, 1.8]'
 *  `rostopic hz`报告数据发布速率: `$ rostopic hz [topic]`

###### **6.5 使用rqt\_plot** ######

使用指令: `$ rosrun rqt_plot rqt_plot`, 添加需要查看的topic即可.

##### **7. ROS Services and Parameters** #####

本节介绍ROS Services and Parameters, 与此同时使用rosservice和rosparam命令行工具. `Services`是nodes间进行通信的另一种方式, `Services`允许nodes发送一个请求(request和接收一个响应(response).

#Usage:
    rosservice list [topic]#列出[topic]所提供的服务
    rosservice type [service]#显示服务类型
    rosservice call [service] [args]#调用服务
    #查看带参数的示例
    rosservice find #find services by service type
    rosservice uri #print service ROSRPC uri
    $ rosservice type /spawn | rossrv show
        float32 x
        float32 y
        float32 theta
        string name
        ---
        string name
    $ rosservice call /spawn 2 2 0.2 ""#name field is optional
        name: turtle2

`rosparam`循序我们存储和操作`ROS Parameter Server`上的数据, `Parameter Server`可以存储整型, 浮点型, 布尔型, 字典, 列表. `rosparam`使用`YAML`标记语言语法.

#Usage:
    rosparam set [param_name] #set parameter
    #设置参数之后使用/clear服务刷新操作
    $ rosservice call /clear
    rosparam get [param_name] #get parameter
    rosparam load #load parameters from file
    rosparam dump #dump parameters to file
    rosparam delete #delete parameter
    rosparam list #list parameter names

#Usage:
    rosparam dump [file_name] [namespace]
    rosparam load [file_name] [namespace]
    #write all the parameters to the file params.yaml 
    $ rosparam dump params.yaml
    # load these yaml files into new namespaces, e.g. copy
    $ rosparam load params.yaml copy
    $ rosparam get /copy/background_b