ros学习
一 ros基础操作
roboware-studio命令打开ros的ide，方便操作
1.海龟控制
roscore 打开ros
rosrun turtlesim turtlesim_node 打开乌龟
rosrun turtlesim turtle_teleop_key 打开键盘控制界面
rqt_graph 查看节点图
rosnode 查看节点
rosnode list 列出节点
rosnode info /turtlesim 查看某个节点到具体信息
rostopic list 打印话题列表
rostopic pub -r 10 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twt "linear: x: 2.0 y: 1.0 z: 0.0 angular: x: 0.0 y: 0.0 z: 2.0"
-r 10 是循环 上面到命令可以用来控制海龟 turtle1是海龟名
rosservice call /spawn "x: 0.0 y: 2.0 theta: 0.0 name: 'sss'"
产生新海龟，海龟名字为sss
rosbag record -a -0 cmd_record 保存路径到文件cmd_record
rosbag play cmd_record.bag 重现文件的内容
2.程序文件控制海龟
工作空间是一个存放工程开发相关文件的文件夹：
src：代码空间
build：编译空间
devel：开发空间
install：安装空间
创建工作空间：
mkdir -p~/catkin_ws/src //catkin_ws/src为文件路径
cd~/catkin_ws/src //意思是在该路径下执行下面那句话
catkin_init_workspace
编译工作空间：
cd~/catkin_ws/ //意思是在该路径下执行下面那句话
catkin_make
catkin_make install //生成install文件
引入功能包： //在新建的src文件下面执行
catkin_create_pkg test_pkg roscpp rospy std_mags //test_pkg是要引入的功能包，后面是以来到语言
设置环境变量： // 在catkin_ws文件下面执行
source devel/setup.bash 或者 source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
检查环境变量：
echo $ROS_PACKAGE_PATH
二 话题
1.发布者Publisher
用于发布信息，通过Topic，传输给订阅者Subscriber，来控制海龟运动。
在/catkin_ws/src文件目录下执行：
catkin_create_pkg 文件名 rospy std_msgs geometry_msgs turtlesim //在要上面创建到src文件中，输入该指令，建立功能包。
上面rospy是在python文件时用的，写c++文件时用roscpp
然后在**/catkin_ws/src/文件名/scr路径**下建立cpp文件，写代码。
创建的功能包的CMakeLists.txt文件修改信息，加入两句话：
add_executable(velocity_publisher src/velocity_publisher.cpp) //代码编译
target_link_libraries(velocity_publisher ${catkin_LIBRARIES})//代码做链接
其中的 velocity_publisher是cpp的文件名，当有多个cpp文件要编译时，就要多复制几遍，但是文件名要修改。
回到工作空间到根目录下：即catkin_ws
执行：
catkin_make
source devel/setup.bash //设置环境变量
打开新终端执行：
roscore //这三句话开三个终端执行/home/mol/study/ros_learn/catkin_ws/src
再打开新终端执行：
rosrun turtlesim turtlesim_node
在设置环境变量的终端中执行：
rosrun learning_topic velocity_publisher
2.订阅者subscriber
同上面过程一样，只不过要更换cpp代码。
因为不知道什么时候会有数据进来，所以设置回调函数，一有消息进来就立即调用函数。（类似中断）
回调函数要完成消息处理，不要嵌套，要高效进行。
写完cpp文件后，要更改CMakeLists文件。
3.自定义话题消息的数据类型
定义msg文件为Person.msg，内容为：（在功能包中（/catkin_ws/src/文件名 路径下）创建smg文件夹，将Person.msg存在该文件夹中）
包含的变量：
string name uint8 sex uint8 age
宏定义：
uint8 unknown = 0 uint8 male = 1 uint8 female = 2
在package.xml文件中添加功能包依赖：（放最下面）
在CMakeLists.txt添加编译选项
• find_package( … message_generation)
• add_message_files(FILES Person.msg)
generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs)
• catkin_package(… message_runtime)
在catkin_ws下执行：catkin_make
编写cpp文件：person_publisher.cpp和person_subscriber.cpp
将下面代码写入CMakeLists文件中：（因为代码中的一些程序是要关联一些自动生成的文件，所以多了一句：add_dependencies）
add_executable(person_publisher src/person_publisher.cpp) target_link_libraries(person_publisher ${catkin_LIBRARIES}) add_dependencies(person_publisher ${PROJECT_NAME}_generate_messages_cpp) add_executable(person_subscriber src/person_subscriber.cpp) target_link_libraries(person_subscriber ${catkin_LIBRARIES}) add_dependencies(person_subscriber ${PROJECT_NAME}_generate_messages_cpp)
然后执行：
$ cd ~/catkin_ws $ catkin_make $ source devel/setup.bash $ roscore $ rosrun learning_topic person_subscriber $ rosrun learning_topic person_publisher
错误：自己改写代码时，定义了string变量，但是ROS_INFO用%s输出乱码，需要将变量进行.c_str()，即：
ROS_INFO("sex:%s", sex); 改为： ROS_INFO("sex:%s", sex.c_str());
**发布者与订阅者要分别写在两个cpp文件中，要使两者关联，就使订阅名与发布名相同。**在一个文件中订阅者不会收到信息，因为他需要循环等待信息到来，而同时发布者又在不断发送信息，所以不可以写在同一文件中。
三 服务
1.Client客户端
Client会发布请求Request给Server端，Server端收到请求并进行执行，返回一个Response。
例子：参生新的海龟，自己写Client代码，Server是海龟节点turtlesim，发送的Request信息格式是turtlesim::Spawn
产生功能包：
$ cd ~/catkin_ws/src
$ catkin_create_pkg learning_service roscpp rospy std_msgs geometry_msgs turtlesim
在CMakeLists.txt文件中加入：
add_executable(turtle_spawn src/turtle_spawn.cpp)
target_link_libraries(turtle_spawn ${catkin_LIBRARIES})
然后：
$ cd ~/catkin_ws
$ catkin_make
$ source devel/setup.bash
$ roscore
$ rosrun turtlesim turtlesim_node
$ rosrun learning_service turtle_spawn
如果是写py代码，就不需要在CMakeLists.txt文件添加东西，直接在终端执行以上程序就可以。
2.Server服务端
例子：客户端相当于控制海龟的运动和停止，信息数据类型为：std_srvs:Trigger，该数据类型的Request为空，Response有两个值。终端输入：rossrv show std_srvs/Trigger得到：
---
bool success
string message
其中---是分割线，上面是Request的数据信息，为空，下面是Response的数据信息，有两个值，设置回调函数时要注意Response内容写对。
可以通过rossrv list来查看所有的srv的数据类型，就是服务或者话题之间消息传输所用的类型。
代码中需要创建Publisher，用于控制海龟运动还是停止，Server接受信息后通过Publisher控制海龟。（python代码需要多线程）
在CMakeLists.txt文件中加入：
add_executable(turtle_command_server src/turtle_command_server.cpp)
target_link_libraries(turtle_command_server ${catkin_LIBRARIES})
然后执行：（需要四个终端）
$ cd ~/catkin_ws
$ catkin_make
$ source devel/setup.bash
$ roscore
$ rosrun turtlesim turtlesim_node
$ rosrun learning_service turtle_command_server
$ rosservice call /turtle_command "{}"
最后一句是启动Client，输入Request数据为空，即"{}"。其中call和后面的/turtle… 是有空格的。/turtle_command是代码中自己定义的服务名称。
3.自定义服务数据类型
定义srv文件，建立文件夹./learning_service/srv，然后在该文件夹中建立Person.src文件，写入：
string name uint8 age uint8 sex
uint8 unknown =0 uint8 male= 1
uint8 female = 2`
---
string result
其中---是分割Request和Response的。
然后在package.xml中添加功能包依赖：
在CMakeLists.txt添加编译选项
• find_package( … message_generation)
• add_service_files(FILES Person.srv)
generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs)
• catkin_package(… message_runtime)
然后写cpp文件，在CMakeLists.txt添加：
add_executable(person_server src/person_server.cpp)
target_link_libraries(person_server ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(person_server ${PROJECT_NAME}_gencpp)
add_executable(person_client src/person_client.cpp)
target_link_libraries(person_client ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(person_client ${PROJECT_NAME}_gencpp)
然后在终端运行：（三个终端）
$ cd ~/catkin_ws
$ catkin_make
$ source devel/setup.bash
$ roscore
$ rosrun learning_service person_server
$ rosrun learning_service person_client
四
1. 参数的使用与编程方法
ROS Master中有一个参数服务器Parameter Server，是一个全局字典，保存每个节点中的配置参数，这些参数每个节点都可以访问。
介绍一些命令行的使用（rosparam）：
⚫ 列出当前多有参数
$ rosparam list
⚫ 显示某个参数值
$ rosparam get param_key
⚫ 设置某个参数值
$ rosparam set param_key param_value
⚫ 保存参数到文件，默认路径是主文件夹路径，就是/home/mol/下，也可以：/home/mol/study/ros_learn/param.yaml
$ rosparam dump file_name
⚫ 从文件读取参数，file_name是文件路径
$ rosparam load file_name
⚫ 删除参数
$ rosparam delete param_key
可以利用海龟测试上面命令行，roscore然后rosrun turtlesim turtlesim_node，然后再打开一个终端就可以测试上面命令行。
当数据比较多时，使用YAML文件来储存数据。
写parameter_config.cpp文件，CMakeLists.txt中加入
add_executable(parameter_config src/parameter_config.cpp)
target_link_libraries(parameter_config ${catkin_LIBRARIES})
然后执行：
$ cd ~/catkin_ws
$ catkin_make
$ source devel/setup.bash
$ roscore
$ rosrun turtlesim turtlesim_node
$ rosrun learning_parameter parameter_config
2. ROS中的坐标系管理系统
机器人的坐标系变换：
P A = T B A ∗ P B P^A=T^A_B*P^B PA=TBA∗PB
ros中的 TF 功能包：可以管理所有的坐标系，保存10秒内所有坐标系的位置信息，能够获取各个坐标系之间的转换关系。
TF 坐标变换如何实现：广播 TF 变换; 监听 TF 变换。
用海龟案例测试：
$ sudo apt-get install ros-kinetic-turtle-tf 安装功能包
$ roslaunch turtle_tf turtle_tf_demo.launch 启动一个launch文件，该文件是一个脚本，可以一次性提供很多节点
$ rosrun turtlesim turtle_teleop_key 打开按键控制
$ rosrun tf view_frames 可视化系统中 tf 的关系，生成一个PDF文件，存在根目录/home/mol/下
在执行第二和四步的时候会出现错误:ImportError: dynamic module does not define module export function (PyInit__tf2)，是因为python版本问题导致的，可以通过退出base环境来解决：conda deactivate，然后再执行第二步。
也可以通过rosrun tf tf_echo turtle1 turtle2，查看坐标系turtle1和坐标系turtle2的变换关系：
Translation: [0.203, -0.123, 0.000]
Rotation: in Quaternion [0.000, 0.000, 0.963, 0.269] in RPY (radian) [0.000, -0.000, 2.596] in RPY (degree) [0.000, -0.000, 148.745]
Translation是表示平移量，Rotation表示旋转角：Quaternion四元素描述; radian弧度描述; degree角度描述。
也可以通过可视化工具：rosrun rviz rviz -drospack find turtle_tf/rviz/turtle_rviz.rviz
打开后在左下角 add 按键添加 TF ，选world坐标系。
3. tf坐标系广播与监听
创建功能包：
$ cd ~/catkin_ws/src
$ catkin_create_pkg learning_tf roscpp rospy tf turtlesim
编写代码文件：turtle_tf_broadcaster.cpp和turtle_tf_listener.cpp
turtle_tf_broadcaster.cpp是实现 tf 的广播功能，获取海龟相对于世界坐标系的位置，然后储存。
turtle_tf_listener.cpp是实现 tf 的监听功能，通过上面代码获取的海龟位置来得到两个海龟间的相对位置，并用 Publisher 实现海龟2向海龟1靠近。
配置CMakeLists.txt中的编译规则
add_executable(turtle_tf_broadcaster src/turtle_tf_broadcaster.cpp)
target_link_libraries(turtle_tf_broadcaster ${catkin_LIBRARIES})
add_executable(turtle_tf_listener src/turtle_tf_listener.cpp)
target_link_libraries(turtle_tf_listener ${catkin_LIBRARIES})
$ cd ~/catkin_ws
$ catkin_make
$ source devel/setup.bash
$ roscore
$ 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
__name:=turtle1_tf_broadcaster是重映射机制，因为代码中已经有了节点名字，但是这个代码要运行两次，同名的节点不允许出现，所以这里将节点重命名。
4. launch启动文件的使用方法
launch文件可以实现多个节点之间的配置和启动，可以自动启动ros-master
启动节点:
- 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，这里可以和代码中的不同，可以自己随意命名，节点名有重映射机制
- output 、respawn 、required 、ns 、args
output是控制节点是否要输出显示信息；respawn是控制节点挂掉是否要重启；required是控制节点是否是一定要启动的，ns是命名空间，给每个节点设置命名空间，避免命名冲突；args是给节点输入参数。
参数设置：
设置ROS系统运行中的参数,存储一个参数到参数服务器中：
• name:参数名
• value:参数值
加载参数文件中的多个参数:
launch文件内部的局部变量,仅限于launch文件使用
• name:参数名
• value:参数值
调用:
重映射：
重映射ROS计算图资源的命名。
• from:原命名
• to:映射之后的命名
嵌套：
包含其他launch文件,类似C语言中的头文件包含。
•file:包含的其他launch文件路径
更多标签可参见:http://wiki.ros.org/roslaunch/XML
创建功能包：catkin_create_pkg learning_launch 不需要添加依赖
进入功能包路径，创建文件夹launch
$ cd ~/catkin_ws
$ catkin_make
$ roslaunch learning_launch simple.launch
代码中turtlesim_parameter_config.launch文件中，放在节点
c++和py代码在launch中设置节点是不一样的，因为py没有可执行文件，详细的看：start_tf_demo_c++.launch和start_tf_demo_py.launch
五 可视化工具
QT
roscore
rosrun turtlesim turtlesim_node
用 rqt_ 加 Tab键可以看到 ros 中 qt 工具箱的工具：
rqt_bag rqt_dep rqt_image_view rqt_plot rqt_console rqt_graph rqt_logger_level rqt_shell
-
其中的
rqt_console是显示系统的日志信息，比如警告等。 -
rqt_plot (电脑有误，无法打开)，
-
rqt_image_view：显示摄像头图片
非常综合的工具：rqt，他综合了rqt相关工具的结合，rqt_plot可以通过plugins->visualization->plot打开，它可以打开各种检测窗口。
Rviz
机器人开发过程中的数据可视化界面，显示数据，必须要先有数据，所以加入的要链接数据获取的话题。其他看ppt或网上搜索。
roscore
rosrun rviz rviz
Gazebo
Gazebo是一款功能强大的三维物理仿真平台
roslaunch gazebo_ros willowgarage_world.launch