ROS机械臂开发：从入门到实践---学习笔记（2）

第二章作业
第一题 练习ROS Tutorials教程
如图1.1所示，熟悉了tutorials中所使用的基本命令。

图1.1

1.1 使用catkin_make
在一个工作空间下：catkin_make
catkin_make install（可选，与devel功能类似）
编译完成后使用ls命令即可看到build、devel、src文件，如图1.2，工作空间结构如图1.3。

图1.2

图1.3

1.2 总结
ROS开发大致分为四个步骤：
1）创作工作空间：catkin_init_workspace
2）编译工作空间：cd~catkin_ws、catkin_make
3）设置环境变量：vim .bash.rc 在里面添加：
source home/$(compute{r}_{n}ame)/catki{n}_{w}s/devel/setup.sh4）检查环境变量：$echo $ROS_PACKAGE_PATH
/home/amov/catkin_ws/src:/opt/ros/melodic/share
这就是我的设置工作空间的环境变量，也可以有效的进行二次开发（即将ROS自带的功能包部分功能替换成自己想要实现的功能），因为ROS在找的时候优先找排在前面的功能包。

图1.4 ROS开发流程图
创建功能包
catkin_creat_pkg [depend1]…[dependn]
注意：同一个工作空间下，不允许存在同名功能包；不同的工作空间下，允许存在同名的功能包。
第二题 建立工作空间，并编译本讲代码
如图2.1所示。

图2.1 编译完成

第三题 运行本讲代码中的话题、服务、动作、TF例程
3.1 话题
打开终端运行master，在运行rosrun learning_communication listener与rosrun learning_communication talker这两个节点。效果如图3.1所示。

图3.1 运行topic效果
3.2服务
打开终端运行master，在运行rosrun learning_communication client与rosrun learning_communication server这两个节点。效果如图3.2所示。

图3.2 运行service效果
3.3 动作
打开终端运行master，在运行rosrun learning_communication DoDishes_client与rosrun learning_communication DoDishes_server这两个节点。效果如图3.3所示。

图3.3 运行action效果
3.4 TF例程
打开终端运行master，在运行：
roslaunch learning_tf start_demo_with_listener.launch这个launch文件。效果如图3.4所示。

图3.4 运行TF例程效果
第四题 熟悉代码实现原理
4.1 Publisher节点的实现

图4.1 Publisher节点的实现
下面逐行剖析以上代码中Publisher几点的实现过程。
4.1.1 头文件部分
#include “ros/ros.h”
#include “std_msgs/String.h”
为了避免包含繁杂的ROS功能包头文件，ros/ros.h已经帮我们包含了大部分ROS中通用的头文件。节点会发布String类型的消息，所以需要先包含该消息类型的头文件String.h。该头文件根据String.msg的消息结构定义自动生成，我们也可以自定义消息结构，并生成所需要的头文件。
4.1.2 初始化部分
ros::init(argc, argv, “talker”);
初始化ROS节点。该初始化的init函数包含三个参数，前两个参数是命令行或launch文件的输入参数，可以用来完成命名重映射等功能；第三个参数定义了Publisher节点的名称，而且该名称在运行的ROS中必须是独一无二的，不允许同时存在相同名称的两个节点。
ros::NodeHandle n;
创建一个节点句柄，方便对节点资源的使用和管理。
ros::Publisher chatter_pub = n.advertise(“chatter”, 1000);
在ROS Master端注册一个Publisher，并告诉Publisher节点将会发布以chatter为话题名的String类型的消息。第二个参数表示消息发布队列的大小。
ros::Rate loop_rate(10);
设置循环频率，单位是Hz，这里设置的是10 Hz。当调用Rate::sleep()时，ROS节点会根据此处设置的频率休眠相应的时间，以保证循环维持一致的时间周期。
4.1.3 循环部分
int count = 0;
while (ros::ok())
进入节点的主循环，在节点未发生异常的情况将一直再循环中进行，一旦发生异常，ros::ok()就会返回false，跳出循环。
这里的异常情况主要包括：
（1）收到SIGING信号（Ctrl+C）；
（2）被另外一个相同名称的节点提掉线；
（3）节点调用了关闭函数ros::shutdown()；
（4）所有的ros::NodeHandles句柄被销毁。
std_msgs::String msg;
std::stringstream ss;
ss << “hello world " << count;
msg.data = ss.str();
初始化即将发布的消息。ROS中定义了很多通用的消息类型，这里我们使用了最为简单的String消息类型，该消息类型只有一个成员，即date，用来存储字符串数据。
chatter_pub.publish(msg);
发布封装完毕的消息msg。消息发布后，Master会查找订阅该话题的节点，并且帮助两个节点建立连接，完成消息的传输。
ROS_INFO(”%s", msg.data.c_str());
ROS_INFO类似于C/C++中的print/cout函数，用来打印日志信息。这里我们将发布的数据在本地打印，以确保发出的数据符合要求。
ros::spinOnce();
ros::spinOnce是用来处理节点订阅话题的所有回调函数。
注意：虽然目前的发布节点并没有订阅任何消息，spinOnce函数不是必须的，但是为了保证功能无误，建议所有的节点都默认加入该函数。
loop_rate.sleep();
现在Publisher一个周期的工作已经完成，可以让节点休息一段时间了，调用休眠函数，节点进入休眠状态。当然，节点不可能一直休眠下去，别忘了之前设置了10HZ的休眠时间，节点休眠100ms以后又会开始下一个周期的循环工作。
上面就是实现一个Publisher的所有流程，下面再来总结这个流程：
（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）定义消息内容
（4）按照一定频率循环发布消息
4.2 Subscriber节点的实现

图4.2 Subscriber节点的实现
下面剖析以上代码中Subscriber节点的实现过程。
4.2.1 回调函数部分
void chatterCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg)
{
// 将接收到的消息打印出来
ROS_INFO(“I heard: [%s]”, msg->data.c_str());
}
回调函数是订阅节点接收消息的基础机制，当有消息到达时会自动以消息指针作为参数，再调用回调函数，完成对消息内容的处理。如上是一个简单的回调函数，用来接收Publisher发布的String消息，并将数据打印出来。
4.2.2 主函数部分
主函数中ROS节点初始化部分的代码与Publisher的相同，不再赘述。
ros::Subscriber sub = n.subscribe(“chatter”, 1000, chatterCallback);
订阅节点首先需要声明自己订阅的消息话题，该消息信息会在ROS Master中注册，以便帮助话题名称相同的发布者与订阅者两节点建立连接，完成数据传输。ros::NodeHandle.subscribe()用来创建一个Subscriber。第一个参数是消息话题；第二个参数是接收消息队列的大小；第三个参数是接收到话题消息后的回调函数。
ros::spin();
接着，节点将进入循环状态，当有消息到达时，会尽快调用函数完成的处理。ros::spin()在ros::ok()返回false时退出。
以上就是订阅节点的实现，下面总结实现Subscriber的简要流程。
（1）初始化ROS节点
（2）订阅所需要的话题
（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的处理