【ROS21讲介绍】一讲~十二讲

本人跟着古月老师ROS入门21讲进行，汇集了本人的笔记，每一步都有代码，以及其中的代码实现和小误区，和古月老师的视频搭配观看效果最佳，b站就可以找到视频，入门下为第十三讲和二十一讲

一、ROS介绍

1、ROS学习曲线陡峭，上手不易
2、要懂C++、Python、Linux

二、Linux系统介绍

1、Linux开源
2、Linux企鹅作为标志

三、Linux系统基础操作

1、点击软件，右键打开软件与更新，在这里可以进行更改镜像，一般家里用mirrors.aliyun.com，校园网使用edu结尾的
2、命令行终端ctrl+alt+T
3、熟悉一些指令，首先打开终端，

1、查看当前终端所在路径：
pwd
2、切换路径到/xxx/xx，通过：
cd /xxx/xx
跳到上一级目录：cd ..
3、创建一个新的文件夹xxx:
mkdir xxx
4、查看当前路径下的文件
ls
5、在当前路径，新创建一个文件xxx_file：
touch xxx.file
6、剪切（移动）当前路径下文件文件xxx_file到路径 /xxx/xx
mv xxx.file /xxx/xx
7、copy当前路径下文件文件xxx_file到路径 /xxx/xx
cp xxx.file /xxx/xx
8、删除当前路径下文件xxx_file
rm xxx.file
9、递归的删除当前路径下文件夹xxx
rm -r xxx
10、提升用户的权限
sudo
11、使用帮助指令，看到指令的使用方法
rm --help

四、C++/Python极简基础

1、python人工智能更多一点
2、安装g++编译器，指令：

sudo apt-get install g++

安装python编译器，指令为：

sudo apt-get install python

3、c++文件和python文件的实现
3.1、C++代码需要用g++对文件进行编译
首先，cd到该文件的路径下去，然后编译：

g++ c++_for.cpp -o c++_for

-o后面是我们创建的可执行文件的名字，然后会发现该路径下多了我们刚才创建的一个新的可执行文件，windows可以双击执行，linux仍需要终端执行命令可使用：

./c++_for

3.2、python文件的直接指令即可：

python python_for.py

五、ROS是什么

1、松藕合分布式通信
2、ROS中的开发工具
3、ROS中的应用功能
4、ROS中的生态系统

六、ROS的核心理念

1、节点（Node）–执行单元

1.1、执行具体任务的进程、独立运行的可执行文件；
1.2、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；
1.3、节点在系统中的名称必须是唯一的。

2、节点管理器（ROS Master）

2.1、为节点提供命名和注册服务；
2.2、跟踪发和记录话题/服务通信，辅助节点相互查找、建立连接；
2.3、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。

3、话题（Topic）–异步通信机制

3.1、节点间用来传输数据的重要总线；
3.2、使用发布/订阅模型。数据有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。

4、消息（Message）–话题数据

4.1、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；
4.2、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

5、服务（Service）–同步通信机制

5.1、使用客户端/服务端（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；
5.2、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。

6、参数（Parameter）–全局共享字典

6.1、可通过网络访问的共享，多变量字典；
6.2、节点使用此服务器来存储和检索运行时的参数；
6.3、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。

7、功能包（Package）

7.1、ROS软件中的基本单元，包含节点源码、配置文件、数据定义等
7.2、一般功能包是完成一些功能的，比如人脸识别，可以做成一个单独的功能包

8、功能包清单（Package manifest）

8.1、记录功能包的基本信息，包含作者信息，许可信息、依赖选项、编译标志灯。

9、元功能包（Meta Package）

9.1、很多功能包聚合在一切的大的功能包，组织多个用于同一目的功能包

七、ROS命令行工具的使用

1、常用命令:

rostopic
rosservice
rosnode
rosparam
rosmsg
rossrv

2、可视化图形指令

rqt_graph

3、显示所有节点相关的信息指令

rosnode

之后会出一些帮助
比如：系统中所有节点都列出来

rosnode list

/rosout默认的节点信息
查看某一个节点信息：
rosnod info/turtlesim
可以看到节点在发布哪些话题，服务，主机号

4、查看topic的一些信息，和rosnode用法相同
可以通过指令给话题发布数据：

rostopic pub /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist "linear:
  x: 0.0
  y: 0.0
  z: 0.0
angular:
  x: 0.0
  y: 0.0
  z: 0.0" 
这里pub后面加不加 -数字 都可以
rostopic pub /话题名 发布的消息结构，“消息结构里具体数字”

在pub后面加上-r+数字是循环发布，一直发布，不停息，下面例子是一次发布十次
rostopic pub -r 10 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist "linear:
  x: 1.0
  y: 0.0
  z: 0.0
angular:
  x: 0.0
  y: 0.0
  z: 1.0" 

4、查看message的一些信息，和rosnode用法相同：

rosmsg

使用：

rosmsg show 消息名称
rosmsg show geometry_msgs/Twist

得到：

geometry_msgs/Vector3 linear
  float64 x
  float64 y
  float64 z
geometry_msgs/Vector3 angular
  float64 x
  float64 y
  float64 z

5、查看srevice的一些信息，和rosnode用法相同：

rosservice

这里我们可以多个海龟：

rosservice call /spawn "x: 2.0
y: 2.0
theta: 0.0
name: 'turtle2'" 

定义海龟诞生的xy和角度坐标，以及它的名字

6、话题记录的工具rosbag
话题记录：

rosbag record -a -o cmd_record
-a就是all把所有的数据都保存下来
-o把保存的数据保存成压缩包们就是后面的内容
保存的路径是当前终端的路径

话题复现：

rosbag play cmd_record.bag

八、创建工作空间与工具包

1、工作空间（workspace）是一个存放工程开发相关文件的文件夹
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（Instal Space）
编译不会产生install，必须使用命令：

catkin_make install

2、创建工作空间
2.1、创建工作空间：

mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd ~/catkin_ws/
catkin_init_workspace

2.2、编译工作空间

cd ~/catkin_ws/
catkin_make

2.3、设置环境变量

source devel/setup.bash

可进入.bashrc文件设置
2.4、检查环境变量

echo $ROS_PACKAGE_PATH

3、创建功能包
3.1、创建功能包代码：

catkin_create_pkg  [depend1] [depend2] [depend3]

后面跟了好多依赖，也就是编译时需要依赖哪些功能包库
3.2、实操创建功能包

cd ~/catkin_make/src
catkin_create_pkg test_pkg std_msgs rospy roscpp

3.3、编译功能包

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

同一工作下，不允许存在同名功能包
不同工作空间下，允许

九、发布者Publisher的编程实现

1、创建功能包learning_topic：

cd ~/roslianxi/catkin_ws/src/
catkin_create_pkg learning_topic rospy roscpp std_msgs geometry_msgs turtlesim

2、创建velocity_publisher.cpp文件：

cd ~/roslianxi/catkin_wa/src/learning_topic/src/
touch velocity_publisher.cpp

然后代码为：

/**
* 该历程将发布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::Twists,队列长度为10
	ros::Publisher turtle_vel_pub = n.advertise("/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::Twists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("Publish 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;
}

3、创建发布者步骤-如何实现一个发布者

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

4、配置发布者代码编译规则

4.1、如何配置CMakeList.txt中的编译规则
4.1.1、设置需要编译的代码和生成的可执行文件
4.1.2、设置链接库
在learning_topic下的CMakeList.txt下添加：

add_executable(velocity_publisher src/velocity_publisher.cpp)
#描述把哪一个文件编译成哪一个可执行文件的，后面的编译成前面的
target_link_libraries(velocity_publisher ${catkin_LIBRARIES})
#用来帮助把可执行文件和ros相关的库链接的

5、编译并运行发布者

cd ~/catkin_ws
catkin_make
source devel/setup.bash
roscore

新开终端
rosrun turtlesim turtlesim_node

新开终端
rosrun learning_topic velocity_publisher

十、订阅者Subscriber的编程实现

1、创建订阅者代码

1.1、如何实现一个订阅者
a、初始化ROS节点；
b、订阅需要的话题；
c、循环等待话题消息，接收到消息后进入回调函数；
d、在回调函数中完成消息处理。
1.2、代码如下：

/**
* 该例程将订阅/turtle1/pose话题，消息类型turtlesim::Pose
*/

#include 
#include "turtlesim/Pose.h"
//#include "std_msgs/String.h"

// 接收到订阅的消息后，会进入消息回调函数
void poseCallback(const turtlesim::Pose::ConstPtr& msg)
{
    // 将接收到的消息打印出来
    ROS_INFO("Turtle pose: x:%0.6f, y:%0.6f", msg->x, msg->y);
}

int main(int argc, char **argv)
{
    //初始化ROS节点
    ros::init(argc,argv,"pose_subscriber");
    //创建节点句柄
    ros::NodeHandle n;

    //创建一个Subscriber，订阅名为/turtle1/pose的topic，注册回调函数poseCallback
    ros::Subscriber pose_sub = n.subscribe("turtle1/pose", 10, poseCallback);

    //循环等待回调函数
    ros::spin();
    return 0;
}

这里出现了一个问题，搞了半天，发现是我把main写成了mian，。。。。。
1.3、编译执行
在CMakeList.txt文件下

add_executable(pose_subscriber src/pose_subscriber.cpp)
target_link_libraries(pose_subscriber ${catkin_LIBRARIES})

然后编译执行：

cd ~/roslianxi/catkin_ws
catkin_make
source devel/setup.bash
roscore

新终端
rosrun turtlesim turtlesim_node

新终端
rosrun learning_topic velocity_publisher

十一、话题消息的定义与使用

1、如何自定义话题消息（例）

1.1、定义Preson.msg文件（记得首字母大写）；
在功能包下创建msg文件夹，必须放在该路径下

string name
uint8 sex
uint8 age

uint8 unknown = 0
uint8 male =1
uint8 female = 2

1.2、在package.xml中添加功能包依赖

message_generation
message_runtime

1.3、在CMakeLists.txt添加编译选项

find_package(...... message_generation)

add_message_files(FILES Person.msg)
generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs)

catkin_package(  CATKIN_DEPENDS geometry_msgs roscpp rospy std_msgs turtlesim message_runtime)

这些原文是注释掉了，我们可以选择修改注释或者直接加上
1.4、编译生成语言相关文件

cd ~/catkin_ws
catkin_make

然后就可以看到在catkin_ws/devel/include/learning_topic/learning_topic下有一个Preson.h
1.5、进行实战
这里提供了两个cpp文件，分别是person_publisher.cpp和person_subscriber.cpp，路径在learning_topic/src下，
person_publisher.cpp代码为：

/**

 * 该例程将发布/person_info话题，自定义消息类型learning_topic::Person

 */
#include 
#include "learning_topic/Person.h"
int main(int argc, char **argv)
{
    // ROS节点初始化
    ros::init(argc, argv, "person_publisher");

    // 创建节点句柄
    ros::NodeHandle n;

    // 创建一个Publisher，发布名为/person_info的topic，消息类型为learning_topic::Person，队列长度10
    ros::Publisher person_info_pub = n.advertise("/person_info", 10);

    // 设置循环的频率
    ros::Rate loop_rate(1);
    int count = 0;
    while (ros::ok())
    {
        // 初始化learning_topic::Person类型的消息
    	learning_topic::Person person_msg;
		person_msg.name = "Tom";
		person_msg.age  = 18;
		person_msg.sex  = learning_topic::Person::male;

        // 发布消息
		person_info_pub.publish(person_msg);

       	ROS_INFO("Publish Person Info: name:%s  age:%d  sex:%d", 
				  person_msg.name.c_str(), person_msg.age, person_msg.sex);

        // 按照循环频率延时
        loop_rate.sleep();
    }
    return 0;
}

person_subscriber.cpp代码为：

/**
 * 该例程将订阅/person_info话题，自定义消息类型learning_topic::Person
 */
#include 
#include "learning_topic/Person.h"

// 接收到订阅的消息后，会进入消息回调函数
void personInfoCallback(const learning_topic::Person::ConstPtr& msg)

{
    // 将接收到的消息打印出来
    ROS_INFO("Subcribe Person Info: name:%s  age:%d  sex:%d", 
			 msg->name.c_str(), msg->age, msg->sex);
}
int main(int argc, char **argv)
{
    // 初始化ROS节点
    ros::init(argc, argv, "person_subscriber");

    // 创建节点句柄
    ros::NodeHandle n;

    // 创建一个Subscriber，订阅名为/person_info的topic，注册回调函数personInfoCallback
    ros::Subscriber person_info_sub = n.subscribe("/person_info", 10, personInfoCallback);

    // 循环等待回调函数
    ros::spin();
    return 0;
}

同样在这里不要忘记了在CMakeLists.txt里加上:

add_executable(person_publisher src/person_publisher.cpp)
target_link_libraries(person_publisher ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(person_publisher ${PROJECT_NAME}_generate_messages_cpp)

add_executable(person_subscriber src/person_subscriber.cpp)
target_link_libraries(person_subscriber ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(person_subscriber ${PROJECT_NAME}_generate_messages_cpp)

在这里多了一个add_dependencies，有一些代码是动态生成的，可执行文件与动态生成的头文件做链接

然后进行编译执行：

cd ~/catkin_ws/
catkin_make
source devel/setup.bash
roscore

新开终端
rosrun learning_topic person_publisher

新开终端
rosrun learning_topic person_subscriber

在节点运行的时候，即使关闭了master节点，节点仍然会运行，因为rosmaster是帮助topic之间建立连接的，连接之后，就可以不需要rosmaster了