北邮机器人队2020预备队培训（三） —— ROS基础
前言
本次课程介绍ROS基础，今年的预备队培训也以ROS为主，最后在比赛中结合控制算法完成任务。
ROS是什么
ROS又叫机器人操作系统，ROS提供了一种发布-订阅式的通信框架用以简单、快速地构建分布式计算系。
ROS的三种机制 —— 话题
话题是ROS中最最常用的机制，话题也是ROS设计的高明之处，之前说了ROS是发布订阅的通信框架，这种框架搭建用的就是话题机制。
话题机制就是发布者和接收者的话题的名字相同就可以考虑连接，能否连接成功还需要参照发布者和接收者话题的类型是否一致，如果发布者和接收者都是同一个话题名字并且数据类型相同，那么就建立连接。否则不建立连接。
话题发布与接收
实现过程
1、创建catkin工作区（这部分不清楚可以在wiki上看详细介绍）：
mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd ~/catkin_ws/src
catkin_init_workspace
cd ~/catkin_ws
catkin_make
source devel/setup.bash
2、创建basic包
创建basic包依赖于std_msgs和rospy
cd ~/catkin_ws/src
catkin_create_pkg basic std_msgs rospy
进入basic的src目录
cd basic/src
创建并编辑topic_publisher.py文件
touch topic_publisher.py
gedit topic_publisher.py
复制一下代码进去并保存
#!/usr/bin/env python
import roslib; roslib.load_manifest('basic')
import rospy
from std_msgs.msg import Int32
rospy.init_node('topic_publisher')
pub = rospy.Publisher('counter', Int32)
rate = rospy.Rate(2)
count = 0
while not rospy.is_shutdown():
pub.publish(count)
count += 1
rate.sleep()
设置文件执行权限
chmod u+x topic_publisher.py
返回catkin_ws目录并编译
cd ~/catkin_ws
catkin_make
写入环境变量并source环境变量文件使之生效
echo "source ~/catkin_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc
ctrl+alt+t打开新终端启动roscore
roscore
在原来的终端启动写好的发布消息的节点
rosrun basic topic_publisher.py
程序执行情况
这个警告好像无伤大雅，刚入门百度搜了一些每太看明白怎么解决。
再开一个新终端，用rostopic list打印正在执行的话题
rostopic list
可以看到我们的节点已经在运行了。
用rostopic echo打印节点的数据
rostopic echo counter -n 5
打印五条消息
用rostopic来检验他是否按照我们的预期速率发送
rostopic hz counter
ctrl+c停止打印，用rostopic info查看已经被声明的话题
rostopic info counter
用rostopic find来查询发布某种类型消息的所有话题
rostopic find std_msgs/Int32
自定义话题发布与接收
实现过程
先看下basic包的文件结构：
cd ~/catkin_ws/src/basic
ls
tree
ok下面开始操作
1、创建我们的消息类型，也就是创建Complex.msg文件
cd ~/catkin_ws/src/basic
mkdir msg
cd msg
vi Complex.msg
用vim编辑，先按键盘上的i进入输入模式，输入如下：
按Esc退出编辑模式，输入":wq"(注：引号内全部内容包括" : ")，保存并退出。
2、编辑package.xml文件
cd ..
vi package.xml
2.1、在
在这些build_depend附近加入：
<build_depend>message_generation</build_depend>
<exec_depend>message_runtime</exec_depend>
注意：如果是indigo版本的ros，exec_depend需要换成run_depend。
2.2
同上esc退出编辑模式，输入“：wq”保存并退出。
3、编辑CMakeLists.txt文件
vi CMakeLists.txt
3.1、修改find_package()，加上message_generation:
3.2修改catkin_package(),加上message_runtime:
3.3修改add_message_files(),加上Complex.msg:
3.4修改generate_message(),去掉系统生成时加上的注释：
4、在basic包的src下添加message_publisher.py和message_subscriber.py文件：
cd src
vi message_publisher.py
vi message_subscriber.py
分别把代码粘贴进去：
message_publisher.py
#!/usr/bin/env python
import roslib; roslib.load_manifest('basic')
import rospy
from basic.msg import Complex
from random import random
rospy.init_node('message_publisher')
pub=rospy.Publisher('complex',Complex)
rate=rospy.Rate(2)
while not rospy.is_shutdown():
msg=Complex()
msg.real=random()
msg.imaginary=random()
pub.publish(msg)
rate.sleep()
message_subscriber.py
#!/usr/bin/env python
import roslib; roslib.load_manifest('basic')
import rospy
from basic.msg import Complex
def callback(msg):
print 'Real:',msg.real
print 'Imaginary',msg.imaginary
print
rospy.init_node('message_subscriber')
sub = rospy.Subscriber('complex', Complex,callback)
rospy.spin()
5、打开一个终端运行roscore:
roscore
6、返回catkin_ws的根目录，catkin_make编译并运行pub脚本
cd ~/catkin_ws
catkin_make
source devel/setup.bash
rosrun basic message_publisher.py
7、打开另一个终端，运行subscriber.py
rosrun basic message_subscriber.py
8、运行结果：
作业
- 实现文档中的教程，自定义其他类型的话题，测试发布与接收，截图记录。
- 根据第二次作业的路径规划，思考如何根据路径来规划机器人的速度，例如我们给了十个控制点，使用你的程序设计出了合理的可导的路径曲线，你的曲线是由点构成的，那我们这些点目前就包含了两个信息（x,y），现在我希望你再给你的点加上一个速度的信息（x,y,speed）,如何根据路径来规划出合理的速度呢？提供以下几点作为参考，大家可以先做猜想设计合理并且容易修改的程序：
- 机器人的加速度能否满足你规划的需求，通俗的说就是我在做相邻的两个点规划时规划了如下两个速度（x1 = 0.51,y1 = 0.52,speed1 = 1m/s）,(x2 = 0.52,y2 = 0.53,speed2 = 1000m/s)，显然这两个点信息不合理！所以你设计的函数最好加入加速度这个可调节的变量。
- 机器人在启动和准备停下的过程需要合理的加减速 机器人启动时速度是0，我们不能直接赋值一个10m/s的速度！
- 在过大弯的时候我们的机器人跟地面的摩擦力可能不够，这样提供的向心力会不够，机器人容易甩出轨迹，当我们设计轨迹速度时在曲率较大的时候可能需要做减速处理。
作业提交
程序作业提交截至日期为2020年08月02日23时59分，上传到群文件夹7.30程序作业中，程序作业需要提交源代码，截图运行结果，写上必要的文字说明。