ROS入门教程(一)

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参考自:http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials
【Beginner Level】ROS入门教程(一)
【Beginner Level】ROS入门教程(二)
【Beginner Level】ROS入门教程(三)
【Beginner Level】ROS入门教程(四)
【Beginner Level】ROS入门教程(五)

Core ROS 教程(新手)

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_ws$ roscd roscpp
  linux@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名优运行过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 ~/catkin_ws/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

  此命令的输出与穿件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-<distro>-rqt
  $ sudo apt-get install ros-<distro>-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