小白向：古月居ROS21讲自学笔记，看一下这个就大概了解这套课程讲什么啦！

第1讲 课程介绍

ROS：Robot Operating System，机器人操作系统
通信机制+开发工具+应用功能+生态系统
Powering the world’s robots——机器人领域的普遍标准

• 基础概述
• 核心概念
• 编程基础
• 常用组件
• 进阶展望

使用Google浏览器可以找到很多问题

第2讲 Linux系统介绍及安装

1991年，芬兰赫尔辛基的大学生Linus Torvalds编写
企鹅logo：敢作敢为，热爱生活

第3讲 Linux系统基础操作

软件源

软件更新中可以设置软件源，校园网用edu的源，家里的话可以用阿里云

命令行

可扩展性和灵活性更好
根目录是“/”文件夹，里边有home，usr等文件夹
软件安装一般在usr文件夹
home文件夹中有以用户名字为名称的文件夹，进去之后是自己的文档资料，或者叫“主目录”
pwd：查看当前终端所在路径
cd：切换路径
cd /home：到达/home目录下
cd …：回到上一级
mkdir：创建文件夹命令
touch：创建文件命令
mv：剪切命令
cp：拷贝命令
rm：删除命令，-r表示递归删除
sudo：表示指令以最高权限执行
sudo apt-get update：更新系统软件源列表
[指令] --help：帮助指令，看到指令使用方法

第4讲 C++&Python极简基础

g++是c++的编译器：sudo apt-get install g++
安装Python解析器：sudo apt-get insta;; python

编译&运行.cpp文件：g++ [.cpp] -o [可执行文件] + ./[可执行文件]
解析.py文件：python [.py]
可以使用Tab键进行命令的补全

第5讲 安装ROS系统

看一遍授课视频，结合官方的安装流程，就基本上问题不大。官网安装教程如下：
官方安装教程.
遇到了一个小问题，解决办法如下：
ubuntu18.04安装ROS时出现错误ERROR: cannot download default sources list from解决办法.
最终实现小乌龟跑动：

第6讲 ROS是什么

2007年诞生，2010年，ROS正式进入公众视野（正式发布）。
核心目标：提高机器人研发中的软件复用率

• 通信机制：松耦合分布式通信
• 开发工具：命令行&编译器、TF坐标变换、QT工具箱、Rviz、Gazebo
• 应用功能：Navigation、SLAM、Movelt
• 生态系统：发行版、软件源、ROS wiki、邮件列表、ROS Answers、Blog博客

第7讲 ROS的核心概念

节点与节点管理器

节点（Node）：执行单元

• 可执行文件
• 可以是不同的语言，可分布式运行在不同的主机
• 节点名称必须唯一

节点管理器（ROS Master）：控制中心

• 为节点提供命名和注册
• 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（Parameter Server），节点使用此服务器存储和检索运行时的参数（全局参数笔记本）

话题通信

话题（Topic）：异步通信机制

• 节点间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
• 使用变成语言无关的.msg文件定义，编译过程生成对应的代码文件

服务通信

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（请求&应答）
• 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

参数（Parameter）：全局共享字典

• 可通过网络访问的共享、多变量词典
• 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

文件系统

功能包（Package）：ROS软件中的基本单元，包含节点源码、配置文件、数据定义
功能包清单（Package manifest）：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
元功能包（Meta Packages）：组织多个用于同一目的的功能包

第8讲：ROS命令行工具

小海龟运行解析：

rqt_graph：显示系统计算图的命令

通过图可以看到系统全貌，各节点关系

rosnode：显示节点信息指令

直接打rosnode就可以看后边可以加入哪些选项
rosnode list：显示有哪些节点
rosnode info [Node]：可以看某个节点的信息

rostopic：话题信息显示指令

可以用命令行控制小乌龟的移动

rosmsg：显示消息的相关信息

例如用：rosmsg show [Message]可以看某条指令的含义

rosservice：显示服务的相关内容

rosservice list：显示有哪些可选选项
如spawn可以产生多只海龟

rosbag：话题记录工具

保存一段时间的操作，这样就不用每次运行都重新手动操作

第9讲 创建工作空间与功能包

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（Install Space）

同一个工作空间下，不允许存在同名功能包
不同工作空间下，则可以存在
这一节主要展示了工作空间的创建，以及编译等操作，具体建议直接看视频

第10讲 发布者Publisher的编程实现

话题模型

小乌龟运动为例，结构框架如图：节点管理器、发布者、订阅者、话题
这里我们要自己定义一个Publisher，在此基础上实现它指令的不断发送，控制小乌龟的运动。
这里涉及到了如何实现一个发布者的编程实现：

1. 初始化ROS节点
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. 创建消息数据
4. 按照一定频率循环发布消息

具体的操作过程建议参照视频来做，里边提到了很多操作细节。
这里遇到了一个问题，关于环境变量的设置问题，需要在工作空间的根目录下进行环境变量配置（没有采用视频中讲环境变量写入.bashrc的方法），参照该文章，解决了配置环境变量进而运行的目的。
[古月居ros21讲出现问题及个人解决方案1]第十讲出现：[rospack] Error: package’learning_topic’not found
这里使用Ctrl+h在文件夹中显示隐藏文件
最终实现了小乌龟的画圆圈运动。

第11讲 订阅者Subscriber的编程实现

和第10讲几乎一样的操作
创建一个订阅者，不断打印小乌龟所位置的数据
这里涉及如何实现一个订阅者的编程实现：

1. 初始化ROS节点
2. 订阅需要的话题
3. 循环等待话题消息，接收到消息后进入回调函数
4. 在回调函数中完成消息处理

回调函数类似嵌入式中的中断服务函数，程序会进入一个等待的循环状态，程序一旦识别到有话题消息，就进入回调函数来处理消息。
最终实现在命令行不断打印小乌龟的姿态信息。

第12讲 话题消息的定义和使用

在这一讲，我们不再使用ROS自带的话题模板（我目前是这样理解的），而是自定义一个话题消息，并且建立发布者和订阅者的联系。
首先在功能包learning_topic内创建一个msg文件夹，用于存放我们将要定义的话题消息，里边创建一个Person.msg文件，用于存放具体的消息内容：
在此基础上，在源文件src目录下创建一个发布者和一个订阅者的源码：
之后，在CMakeLists.txt里写入一些我们需要的编译选项，这里还不是太懂具体怎么回事。
最后在根目录下使用如下指令进行编译：

catkin_make

而后在不同终端下用如下指令即可实现发布者和订阅者之间的通信：

cd ~/catkin_ws
catkin_make

source devel/setup.bash
roscore
rosrun learning_topic person_subscriber
rosrun learning_topic person_publisher

这里需要注意的是，我们没有将环境变量添加到某个文件中（应该是第10讲或者第11讲讲过来着），所以每次运行需要先配置环境变量，再rosrun我们需要的东西，这里是一个小坑，具体操作可以参考这篇博文：
古月居……[rospack] Error: package ‘learning_topic’ not found
我们可以先运行订阅者，等待发布者的运行
运行发布者后，发布者发布的信息会被订阅者接受，二者同步显示：

另外，如果开始运行后，关闭ROS Master，并不会让话题中断，因为前者只是用于建立链接，链接建立成功后就不再起作用了，可以类比婚介所的作用
这样我们就完成了本讲的操作

第13讲 客户端Client的编程实现

本次要实现的服务模型如图所示：

在第7讲中，我们提到了ROS的两种通信模式，即话题通信和服务通信，前三讲介绍了话题通信的方式，从这一讲开始，将开始服务通信的讲解（虽然没听太懂哈哈），下面进入正题

如何实现一个客户端：

• 初始化ROS节点
• 创建一个Client实例
• 发布服务请求数据
• 等待Service处理之后的应答结果

在本讲中，通过一个例子，最终创建了一只小海龟（忘了截图了xixi）
感觉操作起来和之前没有什么明显区别

第14讲 服务端Server的编程实现

本讲通过创建Server来实现对于小乌龟的命令行控制
具体如何实现一个Server服务器流程如下：

• 初始化ROS节点
• 创建Server实例
• 循环等待服务请求，进入回调函数
• 在回调函数中完成服务功能的处理，并反馈应答数据

具体的代码可以理解为创建了一个Server后，一直等待Client发送指令，但是具体我还没看太明白，主要是了解加实践
通过该实例，我们可以实现对小乌龟的命令行控制，控制效果如下：

当我们发送一个请求（触发器），小乌龟就会改变自己的运动状态，此时命令行窗口如下所示：
在这里，为了避免每次都要“引用”环境变量，我将环境变量设置进了.bashrc里，具体的操作结果就是该文件中添加了这一行：

也就是将setup.bash这个文件添加进去
具体如何添加，可以参照该博客：
Linux下配置环境变量—— .bashrc 和 /etc/profile
这样我们就不用每次都到根目录下运行source指令，直接随便打开一个终端就能运行了！

第15讲 服务数据的定义与使用

这讲和第12讲是对称的，这里是服务数据的定义与使用
看到这一讲的时候，我感觉我已经蒙圈了
蒙圈归蒙圈，还是能有点收获的
我们整体的话题结构同13讲，用一句话概括这一讲我们干了啥：
怎么样去创建一个自定义的service的服务数据类型，并怎么样在server和client之间使用，以person数据信息为例，创建service数据类型
在本讲中，我们创建了一个srv文件，内部我们自定义了服务数据
同样使用Client和Server作为节点，实现数据收发的效果：
这里我们创建服务器还是客户端的先后顺序没有严格要求，但要注意的是，想要重新开启新的服务器和客户端来测试，最好重新运行roscore指令，以防程序出现一些莫名其妙的错误

第16讲 参数的使用与编程方法

看完上一讲头都要裂开了，索性直接看完再实践，发现观感出奇的好，也可能是这一讲没有那么多玄幻的东西
这一讲主要介绍了参数的相关知识，简单复习一下：
图示为参数模型，可以看到，在ROS Master里有一个叫做参数服务器（Parameter Server）的东西，里边包含了各个节点均可以访问的参数
而我们需要学会查看、显示、设置、保存、读取、删除某个或某些参数
这在平时使用过程中或许很有必要
同时，还会讲到如何使用.yaml文件来存储和读取参数

在本讲中，我们创建了新的功能包learning_parameter，使用该功能包，并通过更改小乌龟仿真器的背景颜色，来测试相关指令，学习.yaml文件的使用
如何获取/设置参数：

• 初始化ROS节点
• get函数获取参数
• set函数设置参数

这里分为使用命令行和使用.cpp文件运行两种方式
通过命令行的一些指令，我们成功实现了小乌龟背景颜色的改变，效果如下图所示：

其中用到的指令主要有以下指令：
这里所谓的“到文件”就是到刚刚提到的.yaml文件下，我这里生成.yaml文件内容如下：

rosdistro: 'melodic

  '
roslaunch:
  uris: {host_lihaha_legion_y7000_2019_pg0__33285: 'http://lihaha-Legion-Y7000-2019-PG0:33285/'}
rosversion: '1.14.10

  '
run_id: dd0b45c6-4399-11eb-b7d9-287fcf1016b6
turtlesim: {background_b: 255, background_g: 255, background_r: 255}

其中保存了各个我们用到的参数，我们可以通过这个直接保存，或者给工程指定我们希望的各个参数是多少，非常有用的一个小东西
使用.cpp文件来执行类似之前各讲的套路，在此不再赘述

第17讲 ROS中的坐标系管理系统

从这一讲开始，介绍ROS中的常用组件
TF功能包作用：

• 管理机器人涉及的各个坐标系
• 计算各个部位的相对位置
• 默认记录机器人10s内坐标信息

TF坐标变换如何实现：

• 广播TF变换
• 监听TF变换

通过一些指令，我们来实现turtle2对turtle2的跟随
roslaunch命令启动一个脚本文件来启动节点，跟随结果如下图所示
可以通过指令：

rosrun tf view_frames

将当前各个坐标系的树打印为pdf，它能够记录最近机器人的一些相关数据，我打印出的pdf如下：
为了观察两个坐标系的位置关系，可以使用两种工具：命令行工具/可视化工具
命令行可以打印变换矩阵以及旋转矩阵的不同描述形式，显示效果如下：
可视化工具这里使用Rviz，显示效果如下，可以进行缩放，直观看到坐标系的位置关系：
小细节：这里的世界坐标系的原点位于小海龟界面的左下角

第18讲 tf坐标系广播与监听的编程实现

这一讲主要是介绍了tf坐标系的广播与监听的编程实现，最终实现功能和上一讲功能基本类似
如何实现一个tf广播器：

• 定义TF广播器（TransformBroadcaster）
• 创建坐标变换值
• 发布坐标变换（sendTransform）

如何实现一个TF监听器：

• 定义TF监听器（TransformListener）
• 查找坐标变换（waitForTransform、lookupTransform）

这里有一个小细节，我们在创建广播器的时候，两次调用了同一个程序，但程序中默认的节点名是一样的
我们知道不同节点不能同名，所以我们需要通过指令来让节点名不同
其他的主要是看程序实现，命令行指令如下：

$ cd ~/catkin_ws
$ catkin_make
$ source devel/setup.bash
$ roscore//启动ROS Master
$ 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

第19讲 launch启动文件的使用方法

目的：通过xml文件实现多节点的配置和启动（可自动启动ROS Master）
我们需要创建一个learning_launch功能包，并且在里边创建一个launch文件夹，用来存放我们要使用的所有launch文件
后者这是一种命名习惯，最好要遵守这种默认的习惯
简单介绍一下Launch语法：
：launch文件中的根元素采用标签定义
：节点
启动节点示例：

<node pkg="package-name" type="executable-name" name="node-
name" />

• pkg：节点所在的功能包名称
• type：节点的可执行文件名称
• name：节点运行时的名称
• 其他：output、respawn、required、ns、args

参数设置：
/

重映射：
嵌套：
在本讲展示了直接使用launch文件运行程序的几个例子，我个人感觉非常方便，只需要将相关文件及指令配置好，直接就能实现功能，不必反复使用终端和命令行！

第20讲 常用可视化工具的使用

在本讲介绍Qt工具箱、Rviz、Gazebo这三个常用可视化工具的简单介绍

Qt工具箱

包括了日志输出工具、计算图可视化工具、数据绘图工具、图像渲染工具等一系列工具
可以作为开发过程的战略指挥部

Rviz

这个在17讲的时候使用过，是一款三维可视化工具

• 在rviz中，可以使用可扩展标记语言XML对机器人、周围物体等任何实物进行尺寸、质量、位置、材质、关节等属性的描述,并且在界面中呈现出来
• 同时，rviz还可以通过图形化的方式，实时显示机器人传感器的信息、机器人的运动状态、周围环境的变化等信息
• 总而言之,rviz通过机器人模型参数、机器人发布的传感信息等数据,为用户进行所有可监测信息的图形化显示。用户和开发者也可以在rviz的控制界面下，通过按钮、滑动条、数值等方式，控制机器人的行为

界面如图所示：

1：工具栏 2：显示项列表 3：视角设置区 4：时间显示区

Gazebo

Gazebo是一款功能强大的三维物理仿真平台

• 具备强大的物理引擎
• 高质量的图形渲染
• 方便的编程与图形接口
• 开源免费

典型应用场景：

• 测试机器人算法
• 机器人的设计
• 现实情景下的回溯测试

Gazebo操作界面如图所示：
1：工具栏 2：模型列表 3：模型属性项 4：时间显示区

第21讲 课程总结与进阶攻略

终于要完结啦！
这是本课程的课程体系：
这一讲老师介绍了很多ROS开发的相关资源，从书籍到网页等等
建议没事的时候回来看看

结语

经过这一套课程的学习，我也只是大概了解了ROS最基础的一些东西，还有浩如烟海的知识等待我们去探索
引用古月居up引用的胡适之先生的话：

怕什么真理无穷，进一寸有进一寸的欢喜