ROS2 humble教程学习笔记

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二、基础概念

2.1 理解nodes

ros2 run 命令

ros2 run
，如

ros2 run turtlesim turtlesim_node

Here, the package name is turtlesim and the executable name is turtlesim_node

ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

查看nodes名称可以使用ros2 node list。该命令会显示所有正在运行的node，在需要进行节点交互或者跟踪节点时非常有用。如下命令可以用来创建指定名称的turtle节点，

ros2 run turtlesim turtlesim_node --ros-args --remap __node:=myturtle

显示node的信息使用如下格式代码：ros2 node info 。

ros2 node info /my_turtle

输出结果如下图所示

2.2 理解topics

rqt_graph可视化节点之间的通信。看在topic上的数据用如下命令：
ros2 topic echo 。

ros2 topic info /turtle1/cmd_vel命令查看topic的publisher数目和subscription数目。

节点（nodes）使用消息（messages）通过主题（topics）发送数据。发布者（publisher）和订阅者（subscription）必须发送和接收相同类型的消息才能进行通信。

查看消息类型的详情使用如下命令：ros2 interface show geometry_msgs/msg/Twist。
知道消息类型后，就可直接通过命令行传递消息了。

ros2 topic pub   ''

ros2 topic pub --once /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 2.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z: 1.8}}"

--once表示只传递一次消息。如果需要连续传递消息，可以使用如下命令：

ros2 topic pub --rate 1 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 2.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z: 1.8}}"

对于这个过程的最后一次自省，您可以使用以下命令查看数据发布的速率：
ros2 topic hz /turtle1/pose。

2.3 理解service

service是另一种ros节点间通信的方式。服务基于呼叫和响应模型，而不是主题的发布者-订阅者模型。主题允许节点订阅数据流并获得持续更新，但服务仅在客户机专门调用时才提供数据。
service类型用于指定服务的呼叫和响应是如何组织的，其定义和topic类型类似，只是service的类型包含呼叫类型和响应类型两部分，查看service类型的命令如下：
ros2 service type

ros2 service list -t或者ros2 service list –show-types可以在列出services的同时附加每个service的类型。
如果你想要查找某种类型的service，输入如下命令：

ros2 service find 

如ros2 service find std_srvs/srv/Empty的返回结果为

/clear
/reset

您可以从命令行调用服务，但首先需要知道输入参数的结构。

ros2 interface show
现在您已经知道了服务类型是什么，如何查找服务类型，以及如何查找该类型参数的结构，您可以使用以下命令调用服务：
ros2 service call

ros2 service call /spawn turtlesim/srv/Spawn  "{x: 2, y: 2, theta: 0.2, name: ''}"

2.4 理解参数

understanding parameters
参数是节点的配置值，可以看作是节点的设置。节点可以将参数存储为整数、浮点、布尔、字符串和列表。在ROS2中，每个节点维护自身的参数。
ros2 param list用于显示参数，示例如下：

/teleop_turtle:
  qos_overrides./parameter_events.publisher.depth
  qos_overrides./parameter_events.publisher.durability
  qos_overrides./parameter_events.publisher.history
  qos_overrides./parameter_events.publisher.reliability
  scale_angular
  scale_linear
  use_sim_time
/turtlesim:
  background_b
  background_g
  background_r
  qos_overrides./parameter_events.publisher.depth
  qos_overrides./parameter_events.publisher.durability
  qos_overrides./parameter_events.publisher.history
  qos_overrides./parameter_events.publisher.reliability
  use_sim_time

每个节点都有use_sim_time参数。/turtlesim的参数中含有RGB颜色值，是决定turtlesim窗口背景颜色的。使用ros2 param get确定参数类型，其格式如下：

ros2 param get  

示例显示节点/turtlesim的参数background_g的值：

ros2 param get /turtlesim background_g

ros2 param set 在运行中改变参数值。

ros2 param set /turtlesim background_r 150

使用set命令设置参数只会在当前会话中更改，而不会永久更改。但是，您可以保存设置并在下次启动节点时重新加载它们。
ros2 param dump 用于查看节点当当前所有参数值。ros2 param dump /turtlesim > turtlesim.yaml用于将参数值保存在turtlesim.yaml文件中。
ros2 param load 从文件中加载节点的参数值。
注意：只读参数只能在启动时修改，不能在启动后修改，这就是为什么“qos_overrides”参数会出现一些警告的原因。

load parameter file on node startup

使用已保存的参数值来启动同样的节点，使用，
ros2 run --ros-args --params-file 。
注意：此处，正在启动时修改参数，因此指定的只读参数也将生效。

2.5 理解actions

背景

actions是ros2中的通信类型之一，用于长时间运行的任务，由三部分组成：目标、反馈和结果。Actions基于topics和services，它们的功能与服务类似，只是actions可以取消。它们还提供稳定的反馈，而不是service那样返回单个响应。Actions使用客户端-服务器模型，类似于发布者-订阅者模型。“action客户端”节点将目标发送到“action服务器”节点，该节点确认目标并返回反馈流和结果，如图所示。

使用actions

/teleop_turtle节点通过键盘G|B|V|C|D|E|R|T按键控制海龟旋转以及键盘F按键取消旋转的操作就是通过action实现的。操作成功完成后会有如下提示：

[INFO] [turtlesim]: Rotation goal completed successfully

如果在执行中间按下F键，则为用户端取消目标，命令行出现提示:

[INFO] [turtlesim]: Rotation goal canceled

不仅客户端一侧可以停止目标，服务端一侧也可以。当按下E后立即按下C，则得到如下提示：

[WARN] [turtlesim]: Rotation goal received before a previous goal finished. Aborting previous goal

此操作服务器选择中止第一个目标，因为它有一个新目标。它可以选择其他的东西，比如拒绝新目标或在第一个目标完成后执行第二个目标。不要以为每个动作服务器都会在获得新目标时选择放弃当前目标。
ros2 action list将列出运行在ROS graph中的所有actions。动作有类型，类似于主题和服务。要查找/turle1/rotate_ansabsolute的类型，请运行命令：

ros2 action list -t

返回：

/turtle1/rotate_absolute [turtlesim/action/RotateAbsolute]

可见action /turtle1/rotate_absolute的类型为turtlesim/action/RotateAbsolute。当您想从命令行或代码执行操作时，您将需要它。
进一步透视action /turtle1/rotate_absolute，使用如下命令：

ros2 action info /turtle1/rotate_absolute

返回：

Action: /turtle1/rotate_absolute
Action clients: 1
    /teleop_turtle
Action servers: 1
    /turtlesim

ros2的action接口

在发送或执行行动目标之前，您还需要一条信息，那就是action类型的结构。输入如下命令，查看/turtle1/rotate_absolute的类型turtlesim/action/RotateAbsolute的结构：

ros2 interface show turtlesim/action/RotateAbsolute

返回：

# The desired heading in radians
float32 theta
---

# The angular displacement in radians to the starting position
float32 delta
---

# The remaining rotation in radians
float32 remaining

使用如下语法在命令行中发送action目标：

ros2 action send_goal   

其中，为YAML格式。
输入：

ros2 action send_goal /turtle1/rotate_absolute turtlesim/action/RotateAbsolute "{theta: 1.57}"

返回：

Waiting for an action server to become available...
Sending goal:
     theta: 1.57

Goal accepted with ID: 07335a9e9df14252af6e425efae5f2ed

Result:
    delta: 1.5520000457763672

Goal finished with status: SUCCEEDED

要查看此目标的反馈，请将--feedback添加到ros2操作send_goal命令：

ros2 action send_goal /turtle1/rotate_absolute turtlesim/action/RotateAbsolute "{theta: -1.57}" --feedback

现在，您已经涵盖了所有核心ROS 2概念。“用户”集中的最后几篇教程将向您介绍一些工具和技术，这些工具和技术将使您更容易使用ROS2，从使用rqt_console查看日志开始。

2.6 使用rqt_console查看日志

ros2 topic pub -r 1 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 2.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0,y: 0.0,z: 0.0}}"

以恒定的速率运动。

对于每个级别的指示没有确切的标准，但可以安全地假设：

• 致命消息表明系统将终止以保护自身免受损害。
• 错误消息表示不一定会损坏系统的重大问题，但会阻止系统正常运行。
• 警告消息表示意外的活动或不理想的结果，这可能表示更深层的问题，但不会彻底损害功能。
• 信息消息指示事件和状态更新，用于直观验证系统是否按预期运行。
• 调试消息详细说明了系统执行的整个逐步过程。
  通常，只有Debug消息被隐藏，因为它们是唯一比Info低的级别。例如，如果将默认级别设置为Warn，则只能看到严重级别为Warn、Error和Fatal的消息。
  设置默认logger level的例子如下：

ros2 run turtlesim turtlesim_node --ros-args --log-level WARN

如果需要仔细检查来自系统的日志消息，rqtconsole会非常有用。您可能会出于各种原因检查日志消息，通常是为了找出哪里出错了，以及导致出错的一系列事件。

2.7 启动节点

launching nodes
使用命令行工具一次启动多个节点。
打开终端，运行如下命令：

ros2 launch turtlesim multisim.launch.py

这个命令将运行如下的launch file：

# turtlesim/launch/multisim.launch.py

from launch import LaunchDescription
import launch_ros.actions

def generate_launch_description():
    return LaunchDescription([
        launch_ros.actions.Node(
            namespace= "turtlesim1", package='turtlesim', executable='turtlesim_node', output='screen'),
        launch_ros.actions.Node(
            namespace= "turtlesim2", package='turtlesim', executable='turtlesim_node', output='screen'),
    ])

The launch file above is written in Python, but you can also use XML and YAML to create launch files. You can see a comparison of these different ROS 2 launch formats in Using Python, XML, and YAML for ROS 2 Launch Files.
以上启动了两个turtlesim——node，开启两个命令窗口，分别运行如下代码，使得海龟分别朝相反的方向运动：

ros2 topic pub  /turtlesim1/turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 2.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z: 1.8}}"

ros2 topic pub  /turtlesim2/turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 2.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z: -1.8}}"

2.8 记录并回放数据

记录topic发布的数据以便随时回放和测试。
ros2 bag积累通过topics的所有数据并以数据库的形式储存，以便我们复现测试或者实验结果，此外还有利与共享工作和重新创造。
如果系统无法识别ros2 bag，运行如下命令重装：

sudo apt-get install ros-humble-ros2bag \
                     ros-humble-rosbag2-storage-default-plugins

ros2 bag只能记录通过topics传递的数据。
使用如下语法来记录topic发布的数据：

ros2 bag record 

记录多个topic以及更改记录文件的名称，使用如下命令

ros2 bag record -o subset /turtle1/cmd_vel /turtle1/pose

-o选项允许您为包文件选择唯一的名称。以下字符串（在本例中subset）是文件名。要一次记录多个topics，只需列出用空格分隔的每个topic。
还有另一个选项可以添加到命令-a中，它记录系统上的所有主题。

ros2 bag info 

2.9 总结

ros2 bag：

• record
• play
• info

更多rosbag2详情

三、客户端库

3.1 使用colcon构建包

这是一个实用教程，并不是为了取代核心文档而设计的。关于colcon详细使用文档。

首先安装 colcon，sudo apt install python3-colcon-common-extensions。下载示例到工作目录中，git clone https://github.com/ros2/examples src/examples -b humble。

输入如下命令构建examples：

colcon build --symlink-install

以上构建了一个demo，并通过如下命令运行实现窗口通信。

ros2 run examples_rclcpp_minimal_subscriber subscriber_member_function

ros2 run examples_rclcpp_minimal_publisher publisher_member_function

创建自己的package

这一部分比较抽象。

3.2 创建工作空间

创建一个工作区，并学习如何为开发和测试设置覆盖层（overlay）。
工作区是一个包含ros包的目录。

3.3 创建包

命令格式如下：

ros2 pkg create --build-type ament_cmake 

使用可选参数--node-name可创建一个简单的Hello World类型的执行文件于包内。

ros2 pkg create --build-type ament_cmake --node-name my_node my_package

编译指定包命令：

colcon build --packages-select my_package

3.4 Writing a simple publisher and subscribler(C++)

使用C++创建并运行发布者和订阅者节点。

• 创建包，ros2 pkg create --build-type ament_cmake cpp_pubsub；
• 编写源码；
• 在package.xml文件中添加依赖；
• 修改CMakeLists.txt文件；
• 在build前检查依赖，rosdep install -i --from-path src --rosdistro humble -y；
• build包，colcon build --packages-select cpp_pubsub；
• 要使用这个包，首先source安装文件，. install/setup.bash；
• 使用包，ros2 run cpp_pubsub talker，
  ros2 run cpp_pubsub listener。

总结：您创建了两个node来publish和subscrible topic上的data。在编译和运行它们之前，您将它们的依赖项和可执行文件添加到包配置文件中。

3.5 写一个简单的s/c

基于c++创建并运行service/client节点。

• 创建包，

  ros2 pkg create --build-type ament_cmake cpp_srvcli --dependencies rclcpp example_interfaces
  

• 分别编写service和client的源码；
• 修改package.xml和CMakeLists.txt文件；
• 检查依赖项；
• 配置环境. install/setup.bash
• 编译运行。
  源码的编写是否需深入学习呢？

3.6 创建自定义消息和文件

定义自定义接口文件（.msg和.srv）并使用。

3.7 实现自定义接口

未完待续……