【Beginner Level】ROS入門教程(一)

阿新 • • 發佈：2018-12-19

本文為原創部落格, 轉載請註明出處:https://blog.csdn.net/q_z_r_s 參考自:http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials

Core ROS 教程(新手)

1. 安裝和配置ROS環境

1.1 管理ROS環境

確保ROS環境變數已被設定

printenv | grep ROS
#輸出如下
[email protected]:~$ 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 建立ROS工作空間

關於catkin和rosbuild的選擇

ROS Indigo釋出於2014年, ROS Groovy釋出於2012, 根據官網說明, ROS Groovy及其之後的版本使用catkin, ROS Fuerte及更老的版本使用rosbuild, 因此, 我這裡使用catkin

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

在工作空間中首次執行catkin_make命令後, 它會在./src目錄下建立一個CMakeLists.txt.

[email protected]:~/catkin_ws$ ls
build  devel  src

在devel資料夾中, 有幾個setup.*sh的檔案, source任何一個, 都將覆蓋工作空間頂層環境

$ source devel/setup.bash

輸入以下命令, 確保ROS_PACKAGE_PATH環境變數包含了當前路徑

$ echo $ROS_PACKAGE_PATH
/home/youruser/catkin_ws/src:/opt/ros/kinetic/share
#自己新增的, 非官網 

[email protected]:~/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

通過對比, 僅有ROS_PACKAGE_PATH和ROSLISP_PACKAGE_DIRECTORIES發生了變化

2. ROS檔案系統

2.1 安裝ros-indigo-ros-turorials(安裝ROS時已經安裝過了)

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

2.2 檔案系統概念

Packages: Packages是ROS程式碼的軟體單元的一種組織方式, 每個Package可以包含庫, 可執行程式, 指令碼等.
Manifests(package.xml): manifest(中文: 清單)是一個package的描述檔案. 它定義了包之間的依賴, 並用來捕獲包的元資訊(meta information, 元資料是關於資料的組織、資料域及其關係的資訊，簡言之，元資料就是關於資料的資料。), 例如版本, 維護者, 證書等等.

2.3 檔案系統工具

ROS程式碼分佈於很多packages中, 使用諸如ls和cd這樣命令列來進行檔案導航是及其繁瑣乏味的, 因此ROS提供了相關的工具來使用

使用rospack

rospack可以獲得有關packages的資訊, 此處展示find命令, 幫助命令為rospack help
```
[email protected]:~/catkin_ws$ rospack find roscpp
/opt/ros/indigo/share/roscpp
```
使用roscd

roscd是rosbash的一部分, 此命令可以讓你直接把目錄改變到一個package中或一個stack中
```
#語法, 可以直接進入某個package資料夾中
roscd [locationname[/subdir]]
[email protected]:~/catkin_ws$ roscd roscpp
[email protected]:/opt/ros/indigo/share/roscpp$ pwd
/opt/ros/indigo/share/roscpp
```
注: 和其他ROS工具類似, roscd只尋找ROS_PACKAGE_PATH所列出路徑, 其中的每個路徑用:來分隔.
roscd log

此命令會進入ROS儲存log的資料夾, 如果執行此命令之前名優執行過ROS程式, 此命令會報錯, 找不到此資料夾.
```
[email protected]:/opt/ros/indigo/share/roscpp$ roscd log
No active roscore
bash: cd: /home/linux/.ros/log: 沒有那個檔案或目錄
```
使用rosls

rosls與roscd類似, 不多介紹.
Tab補全

rosls, roscd, TAB都與Linux shell提供了同樣的功能, 不多介紹

2.4 總結

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

此類明明風格在ROS工具中很常用.

3. 建立ROS Package

此章節使用roscreate-pkg或catkin建立一個新的package, 並用rospack列出包的的依賴關係.

3.1 一個catkin package的組成

必須包含一個catkin相容的package.xml檔案
必須包含一個使用catkin的CMakeLists.txt
每個package必須有自己的資料夾: 這意味著沒有巢狀的包，也沒有共享同一目錄的多個包.

最簡單的package如下:
```
my_package/
	CMakeLists.txt
	package.xml
```

3.2 catkin工作空間中的package

使用catkin packages工作的推薦方式是使用catkin工作空間, 當然也可以單獨建立一個catkin package. 一個普通的工作空間大概如下:

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 建立一個catkin Package

建立工作空間的方法見: 1.2 建立ROS工作空間

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

$ cd ~/catkin_ws/src
$ catkin_create_pkg beginner_tutorials std_msgs rospy roscpp

3.4 編譯catkin工作空間並source

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

3.5 package依賴

一級依賴: $ rospack depends1 beginner_tutorials

此命令的輸出與穿件package時傳入的引數一致, 這些對packages的依賴儲存在package.xml中.
間接依賴: $ rospack depends1 rospy

大多數情況下, 一個依賴項都會有它自己的依賴. rospack可以遞迴檢測所有的巢狀依賴.

3.6 定製Package

定製package.xml

包括description, maintainer, license, dependencies(包括了buildtool_depend, build_depend, exec_depend)
定製CMakeLists.txt

4. 編譯ROS Package

4.1 編譯Packages

catkin_make可以看做是組合呼叫了標準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命令將編譯src目錄下的所有工程. 對於原始碼不在當前目錄下的使用方法為:

# In a catkin workspace
$ catkin_make --source my_src
$ catkin_make install --source my_src  # (optionally)

編譯Package

在當前工作空間中(~/catkin_ws/): catkin_make.

5. ROS Nodes

本節引入ROS graph的概念, 並探討roscore, rosnode, rosrun的使用.

5.1 Graph概念概覽

Nodes: 一個node表示一個使用ROS來與其他nodes進行通訊的可執行程式.
Messages: ROS資料型別.
Topics: Nodes可以向topic釋出訊息，也可以訂閱topic來接收訊息.
Master: Name service for ROS(即幫助節點找到彼此).
rosout: ROS下的stdout/stderr.
roscore: Master + rosout + parameter server

5.2 Nodes

在ROS package中, 一個node實際上只不過是一個可執行檔案. ROS nodes使用ROS client library與其他nodes進行通訊. Nodes可以釋出和訂閱一個Topic. Nodes也可以提供或使用一個Service.

5.3 Client Libraries

ROS client library允許使用不同程式語言寫出來的nodes進行通訊

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

5.4 roscore

roscore是當你使用ROS時第一個應該執行的東西

5.5 使用rosnode

rosnode顯示當前正在執行的有關ROS nodes的資訊

#列出活躍狀態的nodes
$ rosnode list
#顯示有關指定node的資訊
$ rosnode info /rosout

5.6 使用rosrun

rosrun允許使用package名來直接執行一個package中的node(不用非得知道package的路徑).

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

ROS支援為node重新指定名字

$ rosrun turtlesim turtlesim_node __name:=my_turtle
[email protected]:~$ rosnode list
/my_turtle
/rosout

可以使用$ rosnode ping my_turtle來測試是否真的跑起來了.

5.7 總結

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

本節引入ROS topics, 與此同時使用rostopic和rqt_plot工具.

6.1 準備工作

確保roscore在執行, 在一個新開啟終端輸入roscore可進行測試
執行$ rosrun turtlesim turtlesim_node
執行$ rosrun turtlesim turtle_teleop_key, 使用方向鍵控制turtle移動

6.2 ROS Topics

使用rqt-graph

rqt-graph建立系統的一個動態圖. rtq-graph是rqt package的一部分, 安裝方法如下:
```
$ sudo apt-get install ros-<distro>-rqt
$ sudo apt-get install ros-<distro>-rqt-common-plugins
```
在新終端中輸入:$ rosrun rqt_graph rqt_graph會出現一個視覺化視窗, 顯示nodes之間的關係.
引入rostopic

rostopic工具用來獲取ROS topics.
使用rostopic echo

rostopic echo顯示釋出在一個topic上的資料, 只有在執行之後有新的訊息釋出到topic上時才會有輸出.
```
#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上的通訊是通過在nodes之間傳送ROS messages進行的. 釋出者和訂閱者必須傳送和接收同種型別的訊息. 這意味著, topic的型別是由釋出在其上的message型別定義的. message的型別可通過rostopic type [topic]來查詢. 可以使用rosmsg show type檢視資訊格式.

6.4 rostopic續

rostopic pub可以在一個topic上釋出資料

#Usage:
$ rostopic pub [topic] [msg_type] [args]
#雙短線表示後邊的不是命令選項
$ rostopic pub -1 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist -- '[2.0, 0.0, 0.0]' '[0.0, 0.0, 1.8]'

rostopic hz報告資料釋出速率: $ rostopic hz [topic]

6.5 使用rqt_plot

使用指令: $ rosrun rqt_plot rqt_plot, 新增需要檢視的topic即可.

7. ROS Services and Parameters

本節介紹ROS Services and Parameters, 與此同時使用rosservice和rosparam命令列工具. Services是nodes間進行通訊的另一種方式, Services允許nodes傳送一個請求(request和接收一個響應(response).

#Usage:
rosservice list [topic]#列出[topic]所提供的服務
rosservice type [service]#顯示服務型別
rosservice call [service] [args]#呼叫服務
#檢視帶引數的示例
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循序我們儲存和操作ROS Parameter Server上的資料, Parameter Server可以儲存整型, 浮點型, 布林型, 字典, 列表. rosparam使用YAML標記語言語法.

#Usage:
rosparam set [param_name] #set parameter
#設定引數之後使用/clear服務重新整理操作
$ 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