ROS理论与实践(以移动机器人为例)连载(一) ——认识ROS

Author： XFFer_

参考：

1. http://wiki.ros.org/
2. https://www.guyuehome.com/
3. 《ROS机器人开发实践》胡春旭

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ROS架构

节点(Node) ——执行单元

• 执行具体任务的进程、独立运行的可执行文件
• 不同节点是松耦合的，可以用不同的编程语言，可以在不同的PC端运行
• 节点的名称是唯一的

节点管理器(ROS Master) ——控制中心

• 为节点提供 命名和注册(Registration) 服务
• 通过远程控制调用(RPC) 跟踪记录话题/服务通信，辅助节点相互查找和连接
• 提供参数服务器，节点使用该服务器存储和检索运行时的参数

话题(Topic) ——异步通信机制(asynchronous communication)

• 异步通信： (简单讲)发送端想啥时间发就发，但是要在消息前后做个标记，方便接收端接受
• 节点间用来传输数据的总线
• 使用发布/订阅模型，数据由发布者(publisher)传给订阅者(subscriber)

消息(Message) ——话题数据

• 具有一定的类型和数据结构(ROS提供的标准类型和自定义类型)
• 使用编程语言无关的 .msg 文件定义，编译过程中生成代码文件

服务(Service) ——同步通信机制

• 使用 客户端/服务器(C/S) 模型，也就是Client/Server，客户端发送 请求 ，服务器完成处理后返回 应答 数据。这里返回数据还是由话题的方式
• 使用编程语言无关的 .srv文件定义请求和应答数据结构，编译过程中生成代码文件

	话题	服务
同步性	异步(很像发邮件，不知道对方收到了没有)	同步(像打电话，实时得知对方的状态)
通信模型	发布/订阅	服务器/客户端
底层协议	ROSTCP/ROSUDP	ROSTCP/ROSUDP
反馈机制	无	有
缓冲区	有	无
实时性	弱	强
节点关系	多对多	一对多
适用场景	数据传输	逻辑处理

参数(Parameter) ——全局共享字典

• 可通过网络访问的共享、多变量字典
• 节点使用此服务器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，不适合动态配置参数

foo:1

getParam foo

setParam foo:1

ROS Master

listener

talker

文件系统

元功能包

组织用于统一目的的功能包, 如: 建模, 定位

功能包

功能包清单

package.xml

作者信息, 许可信息, 依赖选项

消息类型

服务类型

代码

其他

.xml文件可以参考之前我写的这个cmake的末尾部分。

小海龟仿真分析(经典)

$ roscore

$ rosrun turtlesim turtlesim_node

$ rosrun turtlesim turtle_teleop_key

我们可以使用rqt_graph可视化工具查看系统中运行的计算图

查看话题列表

$ rosnode list

发布话题消息

• 打印海龟的位置信息

$ rostopic echo /turtle1/pose

• 发布海龟运动消息
  • 用tab键补全
  • 一次发布之后执行运动一次
  • -r代表频率信息，10就是10Hz，每秒发布十次

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"

发布服务请求

• 叫第二只海龟陪玩，会返回turtle2是服务返回的response

rosservice call /spawn "x: 5.0
y: 5.0
theta: 0.0
name: ‘turtle2'"