ROS从入门到精通(三) ROS核心架构、常用指令与计算图

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1 ROS核心架构

ROS工程的架构如图所示

其中的核心概念阐述如下：

1.1 工作空间

工作空间是存放工程开发文件的地方，可能包含多个功能包，其中又细分为四个子空间：

• 源码空间：源码空间包含了功能包源代码
• 编译空间：编译空间存放编译源码空间产生的缓存信息和中间文件
• 开发空间：开发空间存放已编译文件，为工程提供了测试环境；
• 安装空间：安装空间存放开发完毕并通过测试的构建目标。

1.2 功能包

功能包是ROS的基本功能单元，可能包含多个节点，其中包含工程文件主体

• CMakeLists.txt：配置编译规则，比如源文件、依赖项、链接库

  # 依赖项
  include_directories(
  include
  ${catkin_INCLUDE_DIRS}
  )
  # 源文件
  add_executable(helloworld helloworld.cpp)
  # 链接库
  target_link_libraries(helloworld
  ${catkin_LIBRARIES}
  )
  

• package.xml：包信息，比如包名、版本、作者

  <pacakge> 				根标记文件
  <name> 					包名
  <version> 				版本号
  <description> 			内容描述
  <maintainer> 			维护者
  <license> 				软件许可证
  <buildtool_depend> 		编译构建工具，ROS中为catkin
  <depend> 				指定依赖项为编译、导出、运行需要的依赖，等价于<build_depend>+<exec_depend>
  <build_depend> 			编译依赖项
  <build_export_depend> 	导出依赖项
  <exec_depend> 			运行依赖项
  <test_depend> 			测试用例依赖项
  <doc_depend> 			文档依赖项
  

• scripts：存储脚本文件，例如python源码或.sh脚本
• src： 存储C++源文件
• include：存储.h头文件
• msg：存储消息文件
• srv：存储服务文件
• action：存储动作文件
• launch：存储启动文件，可一次性运行多个节点
• config：存储配置信息

其中，package.xml与CMakeLists.txt非常重要，前者作为功能包入口声明依赖关系；后者解析.xml并执行具体的查找依赖、链接库等行为，文件缺失或错误配置都会导致编译失败。

2 ROS常用指令

2.1 ROS-bash相关

• roscore

  # 启动节点管理器	
  roscore	
  

• rosrun

  #运行单个节点	
  rosrun <pkg> <node>	
  # 位于中
  

• rosnode

  # 显示当前运行的ROS节点信息	
  rosnode list		# 获得当前运行节点列表
  rosnode info <node>	# 获得特定节点信息
  rosnode ping <node>	# 测试特定节点是否连通
  rosnode kill <node>	# 终止特定节点
  

• rosbag

  # 话题录制与复现	
  rosbag record [-a] [-O <bag>]	#话题录制。[-a]将录制所有话题，[-O]将记录的话题输出到文件
  rosbag play <bag>	# 回放中录制的话题
  rosbag info <bag>	# 显示信息
  

• rospack

  # 查看功能包
  rospack list	 	# 列出所有功能包
  rospack find <pkg> 	# 查找某个功能包是否存在，如果存在返回安装路径
  

• roscd

  # 进入某个功能包
  roscd <pkg>
  

• rosls

  # 列出某个功能包下的所有文件
  rosls <pkg>
  

• roslaunch

  # 执行功能包的启动文件
  roslaunch <pkg> <.launch>
  roslaunch <.launch>
  

2.2 ROS-通信相关

• rostopic

  # 显示当前ROS中的话题信息	
  rostopic list	# 获得当前话题列表
  rostopic info <topic>	# 获得特定话题信息
  rostopic pub <topic> <msg>	# 向话题中发布一则消息
  rostopic pub -r <num> <topic> <msg>	# 向话题中以num/s的频率发布消息
  rostopic echo <topic> # 打印话题数据到终端
  

• rosmsg

  # 显示当前ROS中的消息
  rosmsg list	# 获得ROS已定义的消息列表
  rosmsg show <msg>	# 显示消息的格式
  rosmsg package <pkg>	# 显示功能包的所有消息
  

• rosservice

  # 显示当前ROS中的服务	
  rosservice list	# 获得当前服务列表
  rosservice info <srv>	# 获得特定服务信息
  rosservice call <srv> [post]	# 用数据[post]调用服务
  

• rossrv

  # 显示当前ROS中的服务数据
  rossrv list    		# 列出所有服务信息
  rossrv show <srv>   # 显示服务的格式
  rossrv package <pkg>   # 显示功能包的所有服务消息
  

• rosparam

  # 向ROS参数服务器获取或注册参数
  rosparam set <key> <val>  		# 向ROS参数服务器注册参数
  rosparam get <key>				# 向ROS参数服务器获取参数
  rosparam load <file>  			# 从外部文件加载参数到ROS参数服务器
  rosparam dump <file>  			# 将ROS参数服务器参数写出到外部文件
  rosparam delete <key>	  		# ROS参数服务器删除参数
  rosparam list   				# 列出所有参数
  

2.3 catkin编译系统相关

• catkin_create_pkg

  # 创建一个ROS功能包(depend为依赖)
  catkin_create_pkg <pkg> [depend1 depend2 ...]
  

• catkin_make

  # 创建和初始化工作空间、编译功能包
  catkin_make
  

  用catkin编译一个工程只需catkin_make指令，编译系统会自动完成编译和链接过程，构建生成目标文件。
• catkin_find

  # 显示当前所有工作空间[功能包]的路径
  # (若未source devel/setup.bash则不会被定位)
  catkin_find [pkg]
  

3 ROS动态计算图rqt

运行ROS工程后，不同功能包的不同节点将产生错综复杂的通信，不再是第一节中静态的文件分布与存储结构，动态计算图功能包rqt就是用来分析当前ROS工程通信情况的工具，其中的rqt_graph能够创建一个显示当前系统运行情况的动态图形，以点对点的网络形式表现数据交互过程。

举例

运行海龟测试代码

rosrun turtlesim turtlesim_node
rosrun turtlesim turtle_teleop_key

启动rqt

rqt_graph 

即得

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