ROS教程
目录
一、ROS安装
1、安装虚拟机
2、安装Ubuntu
3、安装ROS
二、话题通信
概念：
1、理论模型：
2、基本操作（python）
流程：
3、实操
话题发布
话题订阅
参考感谢：
一、ROS安装
1、安装虚拟机
VMare的下载与安装
2、安装Ubuntu
Ubuntu20.04安装教程
3、安装ROS
- Ubuntu与ROS对应版本
| Ubuntu | ROS |
| 16.04 | Kinetic |
| 18.04 | Melodic |
| 20.04 | Noetic |
- 配置Ubuntu的软件和更新
打开“软件和更新”对话框后，按下图配置
- 设置安装源
快捷键Ctrl + Alt + T打开一个终端
来自国内清华的安装源：
sudo sh -c '. /etc/lsb-release && echo "deb http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ros/ubuntu/ `lsb_release -cs` main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'
回车后需要输入管理员密码（注：此时输入密码时不会显示密码长度）
- 设置Key
sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654
- 更新apt
apt是用于从互联网仓库搜索、安装、升级、卸载软件或操作系统的工具。
sudo apt update
- 安装ROS
这里安装的是完整桌面版（Desktop-Full，官网推荐）：除了桌面版的全部组件外，还包括2D/3D模拟器（simulator）和2D/3D 感知包（perception package）。
sudo apt install ros-noetic-desktop-full这里需要长时间等待，由于网络原因，导致连接超时，可能会安装失败，可以多次重复调用 更新和 安装 命令
- 配置环境变量
echo "source /opt/ros/noetic/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc
- 安装构建依赖
sudo apt install python3-rosdep python3-rosinstall python3-rosinstall-generator python3-wstool build-essential
- 初始化rosdep
sudo rosdep init
rosdep update
二、话题通信
概念：
以发布订阅的方式实现不同节点之间数据交互的通信模式，适用于不断更新的数据传输相关的应用场景
1、理论模型：
- ROS Master（管理者）
- Talker（发布者）
- Listener（订阅者）
管理者负责保管发布者和订阅者注册的信息，并匹配话题相同的发布者和订阅者，帮助其建立连接，连接建立后，订阅者可以接收到发布者发布的消息。
2、基本操作（python）
需求：编写发布订阅实现，要求发布方以10HZ的频率发布文本消息，订阅方订阅消息并将消息内容打印输出。
流程：
- 创建工作空间并初始化
CTRL+Alt+T打开命令行
输入mkdir -p 工作空间名/src
mkdir -p practice/src
进入工作空间
cd practice/
catkin_make此命令后会生成与src同级的devel和build文件夹
|--- build:编译空间，用于存放CMake和catkin的缓存信息、配置信息和其他中间文件。
|--- devel:开发空间，用于存放编译后生成的目标文件，包括头文件、动态&静态链接库、可执行文件等。
|--- src: 源码 
- 在vs code 中打开该文件夹
- 创建功能包
右击src，新建功能包（Create Catkin Package），输入功能包名字（此处是pub_sub）
导入依赖
roscpp rospy std_msgs 
- 编写发布方实现
右击第一级src，创建文件夹srcipts，然后右击srcipts创建文件，取名后缀加上.py。
开始编写：
#! /usr/bin/env python
import rospy
from std_msgs.msg import String #发布消息的类型
"""
使用Python实现消息发布：
1.导包
2.初始化ros节点
3.创建发布者对象
4.编写发布逻辑并发布数据
"""
if __name__=="__main__":
#2.初始化ros节点
rospy.init_node("sg") #传入节点名称
#3.创建发布者对象
pub = rospy.Publisher("shuai",String,queue_size=10)
#4.编写发布逻辑并发布数据
#创建数据
msg = String()
msg_front = "hello"
count = 0 #计数器
# 设置循环频率
rate = rospy.Rate(1)
while not rospy.is_shutdown():
#拼接字符串
msg.data = msg_front + str(count)
pub.publish(msg)
rate.sleep()
rospy.loginfo("发布的数据:%s",msg.data)
count += 1- 编写订阅方实现
import rospy
from std_msgs.msg import String
def doMsg(msg):
rospy.loginfo("I heard:%s",msg.data)
if __name__ == "__main__":
#2.初始化 ROS 节点:命名(唯一)
rospy.init_node("mn")
#3.实例化 订阅者 对象
sub = rospy.Subscriber("shuai",String,doMsg,queue_size=10)
#4.处理订阅的消息(回调函数)
#5.设置循环调用回调函数
rospy.spin()- 为python文件添加可执行权限
右击scripts，点“在集成终端打开”
chmod +x *.pyll查看是否成功添加可执行权限
- 编辑配置文件
CTRL+/ 放开这段注释，并将my_python_script改为python文件名（此处为pub_p.py）
- 编译并执行
快捷键CTRL+shift+B，输入catkin_make:build进行编译
ctrl+Alt+T打开终端，输入roscore启动ros核心，另两个终端输入rosrun +包名 +python文件名
3、实操
话题发布
需求：编码实现乌龟运动控制，让小乌龟做圆周运动
分析：自定义控制节点，按照一定的逻辑发布消息
流程：
- 先启动键盘控制乌龟运动
命令行1：roscore
命令行2：rosrun turtlesim turtlesim_node
命令行3：rosrun turtlesim turtle_teleop_key（在3中可通过上下左右键控制乌龟运动） 
- 获取话题
通过计算图查看话题为/turtle1/cmd_vel
rqt_graph
获取消息类型为geometry_msgs/Twist
rostopic type /turtle1/cmd_vel
然后获取消息格式
rosmsg info geometry_msgs/Twist
linear为线速度，对于乌龟来说只用改x；angular为角速度，对于乌龟来说只用改z。
- 创建功能包
右击src，新建功能包（Create Catkin Package），输入功能包名字（此处是plumbing_test）
添加依赖：roscpp rospy std_msgs geometry_msgs
- 编写发布方
在plumbing_test下的scripts创建python文件，开始编写
#! /usr/bin/env python
from mimetypes import init
import rospy
from geometry_msgs.msg import Twist
"""
发布方:发布速度消息
话题:/turtle1/cmd_vel
消息:geometry_msgs/Twist
1.导包
2.初始化ros节点
3.创建发布者对象
4.组织数据并发布数据
"""
if __name__ =="__main__":
#2.初始化ros节点
rospy.init_node("my_control_p")
#3.创建发布者对象
pub = rospy.Publisher("/turtle1/cmd_vel",Twist,queue_size=10)
#4.组织数据并发布数据
#设置发布频率
rate = rospy.Rate(10)
#创建速度消息
twist = Twist()
twist.linear.x = 0.5
twist.linear.y = 0.0
twist.linear.z = 0.0
twist.angular.x=0.0
twist.angular.y=0.0
twist.angular.z=0.5
#循环发布
while not rospy.is_shutdown():
pub.publish(twist)
rate.sleep()
- 为python文件添加可执行权限
右击scripts，点“在集成终端打开”
chmod +x *.py
- 编辑配置文件
CTRL+/ 放开这段注释，并将my_python_script改为python文件名（此处为test01_pub_twist_p.py）
注：后面订阅方编辑也是此处
- 编译并执行
快捷键CTRL+shift+B，输入catkin_make:build进行编译
打开终端
命令行1：roscore
命令行2：rosrun turtlesim turtlesim_node
命令行3：cd 自定义包名
source ./devel/setup.bash 刷新环境变量
rosrun 工作空间名 python文件名 
话题订阅
需求：控制乌龟运动，并实时打印当前乌龟的位姿
分析：控制乌龟运动，并通过ros命令来获取乌龟位姿发布的话题以及消息，编写订阅节点，订阅并打印乌龟位姿
流程：
- 获取话题
rostopic list
- 获取消息类型
rostopic type /turtle1/pose
- 获取消息格式
rosmsg info turtlesim/Pose
- 编写发布方
在plumbing_test下的scripts创建python文件，开始编写
#! /usr/bin/env python
import rospy
from turtlesim.msg import Pose
"""
需求:订阅并输出乌龟位姿信息
1.导包
2.初始化ros节点
3.创建订阅对象
4.使用回调函数处理订阅到的消息
5.spin()
"""
def doPose(pose):
rospy.loginfo("P->乌龟位姿信息:坐标(%.2f,%.2f),朝向:%.2f,线速度:%.2f,角速度:%.2f",
pose.x,pose.y,pose.theta,pose.linear_velocity,pose.angular_velocity)
if __name__=="__main__":
# 2.初始化ros节点
rospy.init_node("sub_pose_p")
# 3.创建订阅对象
sub=rospy.Subscriber("/turtle1/pose",Pose,doPose,queue_size=100)
# 4.使用回调函数处理订阅到的消息
# 5.spin()
rospy.spin()- 为python文件添加可执行权限
右击scripts，点“在集成终端打开”
chmod +x *.py
- 编辑配置文件
同上发布方
- 编译并执行
快捷键CTRL+shift+B，输入catkin_make:build进行编译
打开终端
命令行1：roscore
命令行2：rosrun turtlesim turtlesim_node
命令行3：rosrun turtlesim turtle_teleop_key
命令行4：cd 自定义包名
source ./devel/setup.bash 刷新环境变量
rosrun 工作空间名 python文件名
参考感谢：
赵虚左老师的课《ROS理论与实践》
官网镇楼：http://wiki.ros.org/cn