《ROS入门21讲》笔记整理——观古月居ROS视频

要点概述

作为学习SLAM的必修课，跟着古月居的视频学习《ROS入门21讲》是很重要的事情

本文也就是我在看视频和实操的时候记录的一些笔记，本文会随着我对于ROS理解的加深而不断更新

安装和试用

这里推荐一个教程，参照此教程，可以完美安装

安装后，在三个命令行中运行一下代码，可以看到小海龟

roscore  //ros要运行起来
rosrun turtlesim turtlesim_node
rosrun turtlesim turtle_teleop_key //这三行分别在三个终端下

ROS中的核心概念

节点（Node）—— 执行单元

• ​ 执行具体任务的进程、独立运行的可执行文件；
• ​ 不同节点可使用不同的编程语言，可分布式运行在不同的主机；
• ​ 节点在系统中的名称必须是唯一的。

节点管理器 （ROS Master）—— 控制中心

• ​ 为节点提供命名和注册服务；
• ​ 跟踪和记录话题/服务通信，辅助节点相互查找、建立连接；
• ​ 提供参数服务器，节点使用此服务器存储和检索运行时的参数。

话题（Topic）—— 异步通信机制

• 节点间用来传输数据的重要总线；
• 使用发布/订阅模型，数据由发布者传输到订阅者，同一个话题的订阅者或发布者可以不唯一。

消息（Message）—— 话题数据

• 具有一定的类型和数据结构，包括ROS提供的标准类型和用户自定义类型；
• 使用编程语言无关的.msg文件定义，编译过程中生成对应的代码文件。

服务（Service）—— 同步通信机制

• ​ 使用客户端/服务器（C/S）模型，客户端发送请求数据，服务器完成处理后返回应答数据；
• ​ 使用编程语言无关的.srv文件定义请求和应答数据结构，编译过程中生成对应的代码文件。

参数（Parameter）—— 全局共享字典

• ​ 可通过网络访问的共享、多变量字典；
• ​ 节点使用此服务器来存储和检索运行时的参数；
• ​ 适合存储静态、非二进制的配置参数，不适合存储动态配置的数据。

命令行工具的使用

可视化

rosrun turtlesim turtlesim_node //出现海龟界面

使用rqt_graph可视化工具查看系统中运行的计算图（节点订阅者、服务器模式）

话题

rosnode list   //话题列表
rostopic pub -r 10 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist  //发布话题消息，-r 10 是每秒十次持续发布
rosservice call /spawn xxx //发布话题请求，新增一个海龟，tab自动补全

rosbag record -a -O cmd_record  //话题记录  -a记录所有参数 -O cmd_record 保存成压缩包，文件名字叫cmd_xxx
rosbag play cmd_record.bag  //话题复现

工作空间

在我的理解，工作空间就是一个类似于git和hexo一样内部初始化有环境变量的文件夹，内部通过像hexo_init这样的操作来实现初始化，然后通过指令调用资源
参考1 参考2

初始化工作空间并初始化

mkdir -p ~/catkin_ws/src  //创建，循环创建文件夹

cd ~/catkin_ws/src  //初始化
catkin_init_workspace  //目录下有CMakeLists.txt，证明当前路径是ROS的一个存储空间了

catkin_ws是工作空间的名字，当然你可以随意指定；src是存放功能包的地方，该名称不能自定义，必须是src；-p意思是如果父目录不存在就同时创建父目录。

编译工作空间

catkin_make在我看来，像makefile使用的make命令，CMakeList像makefile，内部写清楚了编译的原则

cd ~/catkin_ws
catkin_make

cd ~/catkin_ws
source devel/setup.bash  //设置环境变量

echo $ROS_PACKAGE_PATH  //检查环境变量

•src：代码空间（Source Space）
•build：编译空间（Build Space）
•devel：开发空间（Development Space）
•install：安装空间（Install Space）

功能包

语法：
catkin_create_pkg [dep1][dep2][dep3] 待创建内容名称 依赖物的名称

发布者Publisher和订阅者Subscriber编程

话题模型

发布者和订阅者都用到了队列当作缓冲区

创建功能包

cd ~/catkin_ws/src  //代码目录
catkin_create_pkg learning_topic roscpp rospy std_msgs geometry_msgs turtlesim  //创建+命名+依赖

发布者代码的流程

这里放一个velocity_publisher.cpp的代码，作为参考

/**
 * 该例程将发布turtle1/cmd_vel话题，消息类型geometry_msgs::Twist
 */
 
#include 
#include 

int main(int argc, char **argv)
{
	// ROS节点初始化
	ros::init(argc, argv, "velocity_publisher");

	// 创建节点句柄
	ros::NodeHandle n;

	// 创建一个Publisher，发布名为/turtle1/cmd_vel的topic，消息类型为geometry_msgs::Twist，队列长度10
	ros::Publisher turtle_vel_pub = n.advertise<geometry_msgs::Twist>("/turtle1/cmd_vel", 10);

	// 设置循环的频率
	ros::Rate loop_rate(10);

	int count = 0;
	while (ros::ok())
	{
	    // 初始化geometry_msgs::Twist类型的消息
		geometry_msgs::Twist vel_msg;
		vel_msg.linear.x = 0.5;
		vel_msg.angular.z = 0.2;

	    // 发布消息
		turtle_vel_pub.publish(vel_msg);
		ROS_INFO("Publsh turtle velocity command[%0.2f m/s, %0.2f rad/s]", 
				vel_msg.linear.x, vel_msg.angular.z);

	    // 按照循环频率延时
	    loop_rate.sleep();
	}

	return 0;
}

·初始化ROS节点；
·向ROSMaster注册节点信息，包括发布的话题名和话题中的消息类型；
·创建消息数据；
·按照一定频率循环发布消息

配置CMakeList.txt发布者代码编译规则

add_executable(velocity_publisher src/velocity_publisher.cpp)  //设置需要编译的代码和生成的可执行文件
target_link_libraries(velocity_publisher ${catkin_LIBRARIES})  //设置链接库

编译并允许发布者

cd ~/catkin_ws
catkin_make
source devel/setup.bash //环境变量的配置，可以提前加入/home/.bashrc文件内
roscore
rosrun turtlesim turtlesim_node
rosrun learning_topic velocity_publisher  //是可以联想出来的才对

订阅者同理，需要配置编译规则

话题消息的自定义和使用

血泪经验：红圈的位置真的很重要，放在Declare ROS的前面，否则编译会报错，找不到问题所在

客户端client 服务器端server的编程实践

客户端服务器模型

步骤：创建功能包、发布代码、配置编译文件CMakeList.txt、编译
服务器server模型同理

自定义srv型

注意：—上方是request端，下方是response端

坐标系管理

引入tf工具 和 rviz工具

sudo apt-get install ros-melodic-turtle-tf
roslaunch turtle_tf turtle_tf_demo.launch
rosrun turtlesim turtle_teleop_key
rosrun tf view_frames

rosrun rviz rviz -d `rospack find turtle_tf`/rviz/turtle_rviz.rviz

配置TF的广播器和监听器

创建功能包

cd ~/catkin_ws1/src
catkin_create_pkg learning_tf roscpp rospy tf turtlesim

写两个CPP代码，广播和收听
再CMakeList里配置编译规则

add_executable(turtle_tf_broadcaster src/turtle_tf_broadcaster.cpp)  
//add_executable 将/后面的cpp文件编译成可执行文件turtle_tf_broadcaster
target_link_libraries(turtle_tf_broadcaster ${catkin_LIBRARIES})

$ cd ~/catkin_ws
$ catkin_make
$ source devel/setup.bash
$ roscore
$ rosrun turtlesim turtlesim_node
$ rosrun learning_tf turtle_tf_broadcaster __name:=turtle1_tf_broadcaster /turtle1
$ rosrun learning_tf turtle_tf_broadcaster __name:=turtle2_tf_broadcaster /turtle2
$ rosrun learning_tf turtle_tf_listener
$ rosrun turtlesim turtle_teleop_key

launch启动文件

 

    
         //存在于命名空间turtlesim_node内部
        

第一遍的感受

操作很流程化，只是告诉了应该怎么做而没有说为什么要这么做。
首先内部的编译规则并不透明，cmake工具掩盖了很多编译的具体步骤；
其次并未说明环境变量为什么要进行修改；
解决办法：看cmake_practice，学习怎样编写cmake

再者，C++代码的类的实现看不到，只提供了使用的接口，这确实符合C++开发的规范，但给后续代码的维护和问题的溯源带来了问题
解决办法：多研究开源的代码demo

个人建议

对照着视频和笔记全部学完一遍后，建个文件夹catkin_ws1，重新操作一遍学到的操作