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ROS學習筆記(一):自己動手寫一個ROS程式

最近老闆安排任務,要把ROS框架在ARM+FPGA平臺上實現。但是使用ROS建立程式步驟繁瑣,所以這次將官方文件上面的Demo簡化寫下來,方便以後檢視。

ROS版本:Hydro

Linux版本:Ubuntu12.04

在開始第一個ROS(Robot Operating System)程式之前,確保已經按照官方教程(點選開啟連結)成功安裝了ROS。本文建立的是一個非常簡單的釋出(Publisher)、訂閱(Subscriber)程式。

建立一個工作區(workspace)

工作區可以作為一個獨立的專案進行編譯,存放ROS程式的原始檔、編譯檔案和執行檔案。建立工作區的方法如下:

$ mkdir -p ~/catkin_ws/src
$ cd ~/catkin_ws/src
$ catkin_init_workspace
雖然這時候工作區是空的,但是我們依然可以進行編譯:
$ cd ~/catkin_ws/
$ catkin_make

這時候,會在當前資料夾下生成devel,build這兩個子資料夾,在devel資料夾下能看到幾個setup.*sh檔案。

接下來把工作區在bash中註冊

$ source devel/setup.bash
要驗證是否已經在bash中註冊可以使用如下命令:
$ echo $ROS_PACKAGE_PATH
/home/youruser/catkin_ws/src:/opt/ros/indigo/share:/opt/ros/indigo/stacks
如果能看到自己工作區的檔案路徑就說明已經成功了。

建立一個ROS工程包(Package)

在一個工作區內,可能會包含多個ROS工程包。而最基本ROS工程包中會包括CmakeLists.txt和Package.xml這兩個檔案,其中Package.xml中主要包含本專案資訊和各種依賴(depends),而CmakeLists.txt中包含了如何編譯和安裝程式碼的資訊。

首先切換到工作區:

$ cd ~/catkin_ws/src
現在可以使用catkin_create_pkg命令去建立一個叫beginner_tutorials的包,這個包依靠std_msgs、roscpp、rospy。
$ catkin_create_pkg beginner_tutorials std_msgs rospy roscpp
接下來在工作區編譯這個工程包。
$ cd ~/catkin_ws
$ catkin_make

一個簡單的釋出(Publisher)、訂閱(Subscriber)程式

寫一個釋出(Publisher節點

節點(node)是連線到ROS網路中可執行的基本單元。我們在這建立一個釋出者---“talker”節點,這個節點持續對外發布訊息。

首先我們要把目錄切換到我們的beginner_tutorials工程包中

$ cd ~/catkin_ws/src/beginner_tutorials
因為我們已經編譯過這個工程包了,所以會在beginner_tutorials資料夾下看到CmakeList.txt、package.xml檔案和include、src這兩個目錄。接下來進入src子目錄
$ cd src
在src目錄中建立一個talker.cpp檔案,裡面的內容如下:
#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"

#include <sstream>
int main(int argc, char **argv)
{
  /**
   * The ros::init() function needs to see argc and argv so that it can perform
   * any ROS arguments and name remapping that were provided at the command line. For programmatic
   * remappings you can use a different version of init() which takes remappings
   * directly, but for most command-line programs, passing argc and argv is the easiest
   * way to do it.  The third argument to init() is the name of the node.
   *
   * You must call one of the versions of ros::init() before using any other
   * part of the ROS system.
   */
  ros::init(argc, argv, "talker");

  /**
   * NodeHandle is the main access point to communications with the ROS system.
   * The first NodeHandle constructed will fully initialize this node, and the last
   * NodeHandle destructed will close down the node.
   */
  ros::NodeHandle n;

  /**
   * The advertise() function is how you tell ROS that you want to
   * publish on a given topic name. This invokes a call to the ROS
   * master node, which keeps a registry of who is publishing and who
   * is subscribing. After this advertise() call is made, the master
   * node will notify anyone who is trying to subscribe to this topic name,
   * and they will in turn negotiate a peer-to-peer connection with this
   * node.  advertise() returns a Publisher object which allows you to
   * publish messages on that topic through a call to publish().  Once
   * all copies of the returned Publisher object are destroyed, the topic
   * will be automatically unadvertised.
   *
   * The second parameter to advertise() is the size of the message queue
   * used for publishing messages.  If messages are published more quickly
   * than we can send them, the number here specifies how many messages to
   * buffer up before throwing some away.
   */
  ros::Publisher chatter_pub = n.advertise<std_msgs::String>("chatter", 1000);

  ros::Rate loop_rate(10);

  /**
   * A count of how many messages we have sent. This is used to create
   * a unique string for each message.
   */
  int count = 0;
  while (ros::ok())
  {
    /**
     * This is a message object. You stuff it with data, and then publish it.
     */
    std_msgs::String msg;

    std::stringstream ss;
    ss << "hello world " << count;
    msg.data = ss.str();

    ROS_INFO("%s", msg.data.c_str());

    /**
     * The publish() function is how you send messages. The parameter
     * is the message object. The type of this object must agree with the type
     * given as a template parameter to the advertise<>() call, as was done
     * in the constructor above.
     */
    chatter_pub.publish(msg);

    ros::spinOnce();

    loop_rate.sleep();
    ++count;
  }


  return 0;
}

寫一個訂閱Subscriber節點

還是在src目錄下,建立一個listener.cpp檔案。內容如下:
#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"

/**
 * This tutorial demonstrates simple receipt of messages over the ROS system.
 */
void chatterCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg)
{
  ROS_INFO("I heard: [%s]", msg->data.c_str());
}

int main(int argc, char **argv)
{
  /**
   * The ros::init() function needs to see argc and argv so that it can perform
   * any ROS arguments and name remapping that were provided at the command line. For programmatic
   * remappings you can use a different version of init() which takes remappings
   * directly, but for most command-line programs, passing argc and argv is the easiest
   * way to do it.  The third argument to init() is the name of the node.
   *
   * You must call one of the versions of ros::init() before using any other
   * part of the ROS system.
   */
  ros::init(argc, argv, "listener");

  /**
   * NodeHandle is the main access point to communications with the ROS system.
   * The first NodeHandle constructed will fully initialize this node, and the last
   * NodeHandle destructed will close down the node.
   */
  ros::NodeHandle n;

  /**
   * The subscribe() call is how you tell ROS that you want to receive messages
   * on a given topic.  This invokes a call to the ROS
   * master node, which keeps a registry of who is publishing and who
   * is subscribing.  Messages are passed to a callback function, here
   * called chatterCallback.  subscribe() returns a Subscriber object that you
   * must hold on to until you want to unsubscribe.  When all copies of the Subscriber
   * object go out of scope, this callback will automatically be unsubscribed from
   * this topic.
   *
   * The second parameter to the subscribe() function is the size of the message
   * queue.  If messages are arriving faster than they are being processed, this
   * is the number of messages that will be buffered up before beginning to throw
   * away the oldest ones.
   */
  ros::Subscriber sub = n.subscribe("chatter", 1000, chatterCallback);

  /**
   * ros::spin() will enter a loop, pumping callbacks.  With this version, all
   * callbacks will be called from within this thread (the main one).  ros::spin()
   * will exit when Ctrl-C is pressed, or the node is shutdown by the master.
   */
  ros::spin();

  return 0;
}

編譯建立的節點
在編譯我們建立的節點之前,我們還需要編輯Cmakelist.txt檔案(注意:是beginner_tutorials專案包下的CMakelist檔案),告訴編輯器我們需要編輯什麼檔案,需要什麼依賴。
$ gedit CMakeLists.txt
在檔案末尾新增如下語句:
include_directories(include ${catkin_INCLUDE_DIRS})

add_executable(talker src/talker.cpp)
target_link_libraries(talker ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(talker beginner_tutorials_generate_messages_cpp)

add_executable(listener src/listener.cpp)
target_link_libraries(listener ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(listener beginner_tutorials_generate_messages_cpp)

將目錄切換到工作區目錄,並執行catkin_make執行命令:
$ cd ~/catkin_ws
$ catkin_make

不出意外的話,會出現如下介面:


至此,程式已經建立完成,而接下來我們要檢查一下我們建立的程式是否正確。

測試程式的正確性

首先,我們得要啟動ROS核心程式roscore。
$ roscore

在使用我們的程式之前,需要先把程式註冊
$ cd ~/catkin_ws
$ source ./devel/setup.bash

執行talker節點:
$ rosrun beginner_tutorials talker 

這時候會看到如下資訊:
[INFO] [WallTime: 1314931831.774057] hello world 1314931831.77
[INFO] [WallTime: 1314931832.775497] hello world 1314931832.77
[INFO] [WallTime: 1314931833.778937] hello world 1314931833.78
[INFO] [WallTime: 1314931834.782059] hello world 1314931834.78
[INFO] [WallTime: 1314931835.784853] hello world 1314931835.78
[INFO] [WallTime: 1314931836.788106] hello world 1314931836.79
這就表示釋出(Publisher)節點已經正確的運行了。

接下來執行listener節點:
$ rosrun beginner_tutorials listener

這時候會看到如下資訊:
[INFO] [WallTime: 1314931969.258941] /listener_17657_1314931968795I heard hello world 1314931969.26
[INFO] [WallTime: 1314931970.262246] /listener_17657_1314931968795I heard hello world 1314931970.26
[INFO] [WallTime: 1314931971.266348] /listener_17657_1314931968795I heard hello world 1314931971.26
[INFO] [WallTime: 1314931972.270429] /listener_17657_1314931968795I heard hello world 1314931972.27
[INFO] [WallTime: 1314931973.274382] /listener_17657_1314931968795I heard hello world 1314931973.27
[INFO] [WallTime: 1314931974.277694] /listener_17657_1314931968795I heard hello world 1314931974.28
[INFO] [WallTime: 1314931975.283708] /listener_17657_1314931968795I heard hello world 1314931975.28
這說明訂閱節點(listener)已經成功的接收到了釋出節點(talker)釋出的資訊。至此,整個程式結束!

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