【ROS】ros环境配置与基础回顾

心口如一，犹不失为光明磊落丈夫之行也。——梁启超

1. ros环境安装

官网：https://www.ros.org/
中文wiki：http://wiki.ros.org/cn
ubuntu安装ros：http://wiki.ros.org/cn/melodic/Installation/Ubuntu

ros安装最常见的是在ubuntu系统中，有amd64和arm64两种，安装流程如下：

1. 配置Ubuntu软件仓库
2. 设置sources.list
3. 设置密钥
4. 安装ros-distro
5. 初始化 rosdep（包含rosdep init和rosdep update）
6. 设置环境
7. 构建工厂依赖

之前常见的是在第5步出现问题卡住，原因是ros的github仓库国内网络访问缓慢，有这几种解决方法：

1. 用手机热点更新：rosdep依赖下载的就是从https://github.com/ros/rosdistro这个repo里的yaml文件，大家知道，手机一般是能访问github的，因此rosdep update这步用手机热点一般是能更新成功。
2. 将rosdistro下载到本地：手动改URL路径，把https://raw.githubusercontent.com/ros替换为file:///home/xxx/Software
3. 将rosdistro转存到gitee仓库：将https://raw.githubusercontent.com/ros替换为https://gitee.com/ros

后来，一位机器人领域的大佬自制了一个安装工具，让我们终于不用花时间在安装上了，简直是太良心，不用浪费生命了。这就是小鱼一键安装ROS工具：

wget http://fishros.com/install -O fishros && . fishros

包含了换源、选择ROS版本等操作选项，极为方便，从此安装ROS不再烦恼！大佬网址在这：http://fishros.com/#/fish_home

当然如果确实想用rosdep工具，也可用以下方法试试：

# 首先下载20-default.list（和运行sudo rosdep init是一样的效果）
sudo mkdir -p /etc/ros/rosdep/sources.list.d/
sudo curl -o /etc/ros/rosdep/sources.list.d/20-default.list https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/github-raw/ros/rosdistro/master/rosdep/sources.list.d/20-default.list
# 然后更新配置
echo 'export ROSDISTRO_INDEX_URL=https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/rosdistro/index-v4.yaml' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc
# 最后重新执行
rosdep update

ros安装完成后，可通过在命令行输入roscore查看主节点启动信息；

然后启动小乌龟节点：rosrun turtlesim turtlesim_node

最后启动键盘控制节点：rosrun turtlesim turtle_teleop_key

以上是ros的简单示例，通过这个有趣的例子让大家能对ros有基本的认知。

2. ros命令与工具

随着ros的流行，相关的学习媒介也越来越多，除了官网和书籍外，还有古月居、创客智造、赵虚左等都有ros的相关教程，这里就不放链接了，网上很容易找到。

ros的基本组成单元是节点。节点之间的通信有消息通信（发布/订阅，msg定义数据结构）、服务通信（请求/响应，srv定义数据结构）、动作通信三种，但最常用的是消息通信，通信的形式一般是话题即/topic。消息传递的理念是：当节点想要分享消息时，可以发布(publish)消息到对应话题；当节点想要接收消息时，可以订阅(subscribe)所需要的话题。

节点之间的话题可以用bag的形式存储下来，并可以重播。当节点内有些参数需要配置时，可以使用参数服务器rosparam来配置。

常用命令：

roscore	# 主节点，会启动节点管理器
rosrun package_name node_name	# 启动节点
# 显示设置节点名称 __name:=node-name
# 指定命名空间 __ns:=namespace
roslaunch package_name xxx.launch	# 启动多节点
rosnode list	# 查看node列表	rqt_graph 查看节点计算图
rosnode kill	# 终止节点	rosnode cleanup 终止后清除
rostopic list	# 查看topic列表
rosservice list	# 查看service列表
rosservice call # 调用服务
rosmsg list		# 查看msg列表
rosparam list	# 查看param列表
rosbag record/play	# 数据包记录/重播
rospack find	# 找到软件包目录
rosls	# 查看目录下的文件
roscd 	# 切换到软件包目录
rostopic hz	# 发布频率（每秒发布的消息数量）
rostopic bw # 发布带宽（每秒消息所占字节数）
roslaunch # 多节点启动（有多种参数可调）

常用工具：

rviz
rqt
rosrun rqt_publisher rqt_publisher	# rqt界面手动发送数据
gazebo

3. helloworld节点创建

创建ros工程的一般流程如下：

1. 创建工作空间：mkdir catkin_ws && cd catkin_ws
2. 创建源文件目录：mkdir src && cd src
3. 使用catkin_create_pkg命令来创建一个名为beginner_tutorials的新程序包。 这个程序包依赖于std_msgs、roscpp和rospy： catkin_create_pkg beginner_tutorials std_msgs rospy roscpp
4. 返回catkin工程目录并编译：cd ~/catkin_ws && catkin_make

C++创建ros节点helloworld：

定义msg消息：

Header header
int64 num
string child_frame_id
geometry_msgs/PoseWithCovariance pose
geometry_msgs/TwistWithCovariance twist

找到CMakeLists.txt和package.xml添加消息的构建与运行（这个要练习并熟悉）。

基于msg消息，编写发布器节点和订阅器节点，实现话题通信。

发布器talker.cpp：

/* 
 * 代码思路如下：
 * 1.初始化ROS系统
 * 2.在ROS网络内广播我们将要在chatter topic上发布std_msgs/String消息
 * 3.以每秒10次的频率在chatter上发布消息
*/ 
##include "ros/ros.h"
##include "std_msgs/String.h"

##include <sstream>

/**
 * This tutorial demonstrates simple sending of messages over the ROS system.
 */
int main(int argc, char **argv)
{
  ros::init(argc, argv, "talker");
  ros::NodeHandle n;
  ros::Publisher chatter_pub = n.advertise<std_msgs::String>("chatter", 1000);
  ros::Rate loop_rate(10);	// ros::Rate 可以考虑循环中其他部分消耗的时间
  
  int count = 0;
  while (ros::ok())
  {
    std_msgs::String msg;
    std::stringstream ss;
    ss << "hello ! ROS world !" << count;
    msg.data = ss.str();
    ROS_INFO("%s", msg.data.c_str());
    chatter_pub.publish(msg);

    ros::spinOnce();
    loop_rate.sleep();
    ++count;
  }

  return 0;
}

订阅器listener.cpp：

/*
 * 1.初始化ROS系统
 * 2.订阅chatter topic
 * 3.进入自循环，等待消息的到达
 * 4.当消息到达，调用chatterCallback()函数
*/
##include "ros/ros.h"
##include "std_msgs/String.h"

/**
 * This tutorial demonstrates simple receipt of messages over the ROS system.
 */
// 回调函数
void chatterCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg)
{
  ROS_INFO("I heard: [%s]", msg->data.c_str());
}

int main(int argc, char **argv)
{
  ros::init(argc, argv, "listener");

  ros::NodeHandle n;
  ros::Subscriber sub = n.subscribe("chatter", 1000, chatterCallback);	// &可选，获取函数指针

  ros::spin();      // 自循环，等待并执行回调函数，相当于在while循环里调用ros::spinOnce()

  return 0;
}

然后运行catkin_make编译，会生成talker和listener两个可执行文件，存储到devel/lib目录。

服务通信类似，用到的时候再学习就行；另外，如果是python玩家，也可以用python实现。

参数服务器（给节点设置参数）参考：

http://t.csdn.cn/pYEpb
http://t.csdn.cn/zyL12

另外，默认ros的编译是以debug模式编译的，如果想打包release，运行命令：

catkin build --cmake-args -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release

或者在cmake中设置：SET(CMAKE_BUILD_TYPE "Release")

4. 日志消息

程序中用于排查问题的简短文本字符流，即日志消息，根据严重级别，可分为DEBUG INFO WARN ERROR FATAL。输出指令分别为：

ROS_DEBUG_STREAM("")
ROS_INFO_STREAM("")
ROS_WARN_STREAM("")
ROS_ERROR_STREAM("")
ROS_FATAL_STREAM("")
// 若要生成一次性日志消息，加上ONCE
ROS_INFO_STREAM_ONCE("")

rosout节点会默认生成日志文件保存到~/.ros/log中，一段时间后，日志会大于1G，我们可以通过以下命令查看日志大小和清除：

rosclean check
rosclean purge

ros默认会生成INFO级别以上的日志，可通过rqt_logger_level界面来设置日志级别，也可在C++代码中设置：

#include 
. . .
log4cxx::Logger::getLogger(ROSCONSOLE_DEFAULT_NAME)->setLevel(
ros::console::g_level_lookup[ros::console::levels::Debug]
);
ros::console::notifyLoggerLevelsChanged();

5. ros程序打包

在实际工程中，为避免在机器人上直接放源码编译，最好还是打包成deb，再部署到环境中。

有两篇教程，使用bloon和fakeroot来打包程序：

https://juejin.cn/post/7136394709219409933
https://zhuanlan.zhihu.com/p/578951132

但在实际执行bloom-generate rosdebian --os-name ubuntu --ros-distro melodic的时候，遇到个问题，各位博友看有没有遇到过的？

==> Generating debs for ubuntu:bionic for package(s) ['test_msgs']
No homepage set, defaulting to ''
Could not resolve rosdep key 'roscpp'
Try to resolve the problem with rosdep and then continue.
Continue [Y/n]? n
GeneratorError: Error running generator: Failed to resolve rosdep key 'roscpp', aborting.

另外，也有一种简单的打包方式，即通过catkin_make install的方式：

# 编译install（会生成install目录，包含include、lib和share等文件）
catkin_make install
# 然后要将devel中lib目录下的节点名目录拷贝到install中lib目录下
# 最后，如果有config配置文件的，放在install目录中即可
# 依次执行即可

以上！