ROS學習筆記(一) ： 入門之基本概念

[TOC]

基本概念

1. Package

程序包，裏面包含節點Node、ROS程序庫、數據集、配置文件

Package Manefist

程序包的配置文件，即描述程序包的相關信息，包括其名字、版本、功能簡述、依賴關係

2. Repositories

代碼倉庫

3. Computation Graph

計算圖，ROS在點對點網絡裏整合並處理數據的過程。圖中包含的基本概念：節點、主機、參數服務器、消息、服務、話題、數據包。

4. Node

節點，一個機器人控制系統由多個節點組成，每一個節點控制不一樣的部分。好比一個機器人有兩個節點，一個是傳感器節點，專門負責接收傳感器數據，另外一個是控制節點，專門負責控制機器人做出某些動做。

5. Master

主機，節點管理器，功能是對於計算圖中各個元素進行名字註冊(register)和檢索，沒有主機，節點之間就不能找到彼此則沒法進行通訊。

Parameter Service

參數服務器，是主機的一部分，容許數據經過鍵的方式存儲

6. Message

消息，節點之間經過傳遞消息交流，消息是一種數據結構

7. Topic

話題，消息的傳輸使用的是發佈\訂閱的機制。一個話題可理解爲只針對某種消息，節點發送消息則是將該消息發佈到其對應的話題上，只有那些訂閱該話題的節點才能接收到這個消息。一個話題可能有多個訂閱者和發佈者，通常他們互相是不知道(也不需知道)對方的存在，以達到解耦(decouple)的效果。

【配圖，節點發送消息的過程】

8. Service

服務，儘管"發佈\訂閱"模型很是靈活，但它是多對多、單向傳輸的，不適用於"發出請求\返回響應"方式的交互，然而這種交互在分佈式系統中十分常見。所以 "請求\響應"經過服務來實現。節點須要提供的信息有：所使用服務的名字以及使用服務的客戶，將這些信息打包成請求，發送出去以後等待答覆。

9. Bag

數據包，存儲一段時間內ROS的消息數據

10. Rosout

至關於ROS中的stdout/stderr

11. Roscore

主機+Rosout+參數服務器

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實踐操做

1. workspace 工做空間

catkin工做空間：

建立catkin工做空間，在須要建立的目錄下輸入命令:

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

• 最後一個命令是使用catkin工做空間時很方便的工具，在工做空間中第一次執行該命令時，會自動在~/catkin_ws/src文件夾中建立CMakeList，同時在工做空間目錄中建立build和devel文件夾
• 在devel文件夾中有幾個setup.*sh 文件，source其中的任一文件可將工做空間路徑包含到環境變量中

source devel/setup.bash

• 爲了確認是否包含，檢查ROS_PACKAGE _PATH這個環境變量的值:

echo $ROS_PACKAGE_PATH

能夠看到當前工做空間的路徑在最前面 【注：roscd, rospack等ROS工具只能針對那些路徑已包含在環境變量ROS_PACKAGE _PATH中的程序包】

2. package 程序包

2.1 最簡單的程序包 其文件結構看起來以下：

• my_package
  • CMakeLists.txt
  • package.xml

2.2 在catkin工做空間中的程序包

• workspace_folder
  • src
  • CMakeLists.txt
  • pkg_1
    • CMakeLists.txt
    • package.xml
  • ...
  • pkg_n
    • CMakeLists.txt
    • package.xml

2.3 在工做空間中建立程序包

cd ~/catkin_ws/src
catkin_create_pkg beginner_tutorials std_msgs rospy roscpp

• 最後一個命令用於建立名爲beginner_tutorials的新程序包，這個程序包依賴於std _msgs、roscpp和rospy這幾個程序包
• 執行後在src目錄下看到beginner_tutorials文件夾，裏面包含一個package.xml文件和一個CMakeList，這兩個文件已自動包含了以前在命令中規定的依賴關係
• catkin_create_pkg 格式：

catkin_create_pkg <package_name> [depend1] [depend2] [depend3]

2.4 程序包的依賴關係

- 一級依賴

(注意要先將當前工做空間的路徑添加到環境變量中，即前面提到的source命令，這樣以後執行rospack命令纔不會報錯提示找不到beginner_tutorials這個包)

rospack depends1 beginner_tutorials

輸出結果

std_msgs
rospy
roscpp

- 間接依賴

對於程序包A的一級依賴程序包B，其自身也依賴一些其它的程序包C，這些程序包C是A的間接依賴

rospack depends1 rospy

可看到rospy的一級依賴

rospack depend beginner_tutorials

遞歸檢測出A的全部的依賴包(包括一級和間接)

2.5 編譯程序包

用catkin_make，可認爲是在CMake標準工做流程中依次調用了cmake和make

在工做空間中使用catkin_make 在工做空間的根目錄下，輸入

catkin_make

該命令會編譯位於目錄 catkin_ws/src 中的全部程序包

更多關於catkin_ make的資料： http://wiki.ros.org/catkin/commands/catkin_make

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3. 用實際例子理解節點和話題

每一個節點是一個可執行文件

節點之間經過話題來通訊

• 好比一個遙控器節點和一個機器人節點，兩者經過話題command來通訊，遙控器節點發布信息到command話題中，機器人節點訂閱command話題從而接收到遙控器節點發布的信息

使用rosrun

rosrun ros_pkg ros_pkg_node

• 該命令用於運行某個ros程序包中的某個節點

使用rosnode list

rosnode list

• 該命令能夠列出當前活躍的全部節點
• rosnode help 列出可選的命令參數

使用rostopic echo

rostopic echo [topic]

• 該命令能夠顯示在某個話題上發佈的信息
• rostopic help 列出可選的命令參數

使用rqt_graph

rosrun rqt_graph rqt_graph

• 打開rqt_graph 能夠觀察到目前有哪些節點在經過什麼話題來通訊

使用rqt_plot

rosrun rqt_plot rqt_plot

• 能夠實時顯示一個發佈到某個話題上的數據變化圖形

turtlesim模擬器的使用

首先運行turtlesim包中的turtlesim_node節點[海龜本體]

rosrun turtlesim turtlesim_node

另外打開一個終端

• 能夠經過鍵盤來控制turtle [運行一個控制海龜的節點]

rosrun turtlesim turtle_teleop_key

在新終端中打開rqt_graph，可觀察到這兩個節點經過話題cmmd _vel來通訊

rosrun rqt_graph rqt_graph

• 也能夠經過手動發佈消息到話題上來控制turtle

在新終端中, 列出當前的topic

rostopic list

列出該話題的消息類型

rostopic type /turtle1/cmd_vel

列出該消息類型的詳細數據類型

rosmsg show geometry_msgs/Twist

發佈消息到話題cmd_vel，告訴turtlesim _node，使其以2.0大小的線速度和1.8大小的角速度移動

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

命令中的-1表示rostopic發佈一條信息後立刻退出，也能夠設置爲循環發送：

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

該信息以1Hz的穩定頻率來發送，使turtle保持移動狀態

這時能夠觀察rqt_graph

發現多了一個節點：rostopic發佈器節點，一樣地，該節點與turtlesim_node節點[海龜本體] 經過話題cmd _vel通訊

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roslaunch的使用

使用roslaunch同時運行多個節點，經過編寫launch文件來配置各個節點

以turtlesim爲例

首先保證環境變量中是否有catkin_ws工做空間的路徑

echo $ROS_PACKAGE_PATH

若無，則進入該工做空間的根目錄，執行

source devel/setup.bash

以後在任意目錄下均可以進入以前建立的程序包

roscd beginner_tutorials

新建launch文件夾，在裏面建立launch文件

mkdir launch
gedit turtlemimic.launch

拷貝如下launch文件的內容： http://wiki.ros.org/cn/ROS/Tutorials/UsingRqtconsoleRoslaunch

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ROSCPP

ROS編寫消息發佈器和訂閱器

相關API格式

https://blog.csdn.net/junshen1314/article/details/44701693 更詳細的解釋

[http://wiki.ros.org/cn/ROS/Tutorials/WritingPublisherSubscriber(c%2B%2B)]