ROS笔记----ros一些常用工具及构造记录
一、ROS wiki
ROS wiki系列|ROS wiki初探（自用）_MMMMMaxine的博客-CSDN博客_ros wiki
ROS wiki是每个ROS人都必不可少会使用到的工具，在ROS学习中我们也经常要使用ROS wiki来查阅一些语法的解析、功能包的使用等。登录的链接为：
ROS Wiki——http://wiki.ros.org/
http://wiki.ros.org/ROS wiki首页结构
在这里把ROS wiki的首页粗略的分为三个部分，顶部选项卡、蓝色选项卡以及正文内容，方便后面进行讲解，先看蓝色选项卡中各项对应的内容
Documentation：首页像一个索引目录，在这里可以任意跳转到我们想要查阅的页面，同时这部分也是使用频率最高的部分
二、ros介绍
结点：每一个工作进程都看做是一个节点，使用结点管理统一管理
消息：节点之间通过消息实现彼此的逻辑联系与数据交换
话题：话题是一种传递消息（发布/订阅）的方式。每一条消息都要发布到相应的主题上，每一个话题都是强类型的
服务：服务用于请求应答模型，也必须有一个唯一的名称。当一个节点提供某个服务时，所有的节点都可以通过使用ROS客户端所编写的代码与之通讯。
消息记录包：是一种用于保存和回放ROS消息数据的文件格式，保存在.bag文件中。是一种用于存储数据的重要机制。
通信的机制分为话题和服务
2.1 文件系统级
功能包之间可以配置依赖关系。如果功能包A依赖功能包B，那么在ROS构建系统时，B一定要早于A的构建，并且A可以使用B中的头文件和库文件。
文件系统级的概念如下：
- 功能包清单：
这个清单是指明功能包的依赖关系、源文件编译标志信息等。功能包中的package.xml文件就是一个功能包清单。
- 功能包：
功能包是ROS系统中软件组织的基本形式，包含运行的节点以及配置文件等。
ROS package 相关命令
| rospack 命令 | 作用 |
|---|---|
| rospack help | 显示rospack的用法 |
| rospack list | 列出本机所有package |
| rospack depends [package] | 显示package的依赖包 |
| rospack find [package] | 定位某个package |
| rospack profile | 刷新所有package的位置记录 |
- 综合功能包
将几个功能包组织在一起，即可形成综合功能包。
- 消息类型
ROS中节点之间发送消息时需要事先进行消息说明。ROS中提供了标准类型消息，也可以自行定义。消息类型的说明存储在功能包下的msg文件内。
- 服务类型
定义了在ROS系统中由每个进程提供的关于服务请求和响应的数据结构。
1.2.3、开源社区级
- 发行版（Distribution）：ROS发行版是可以独立安装、带有版本号的一系列综合功能包。ROS发行版像Linux发行版一样发挥类似的作用。这使得ROS软件安装更加容易，而且能够通过一个软件集合维持一致的版本。
- 软件库（Repository）：ROS依赖于共享开源代码与软件库的网站或主机服务，在这里不同的机构能够发布和分享各自的机器人软件与程序。
- ROS维基（ROS Wiki）：ROS Wiki是用于记录有关ROS系统信息的主要论坛。任何人都可以注册账户、贡献自己的文件、提供更正或更新、编写教程以及其他行为。
- Bug提交系统（Bug Ticket System）：如果你发现问题或者想提出一个新功能，ROS提供这个资源去做这些。
- 邮件列表（Mailing list）：ROS用户邮件列表是关于ROS的主要交流渠道，能够像论坛一样交流从ROS软件更新到ROS软件使用中的各种疑问或信息。
- ROS问答（ROS Answer）：用户可以使用这个资源去提问题
2.2、通讯机制
Topic
ros中广为使用的是异步的 publish-subscribe 通讯模式。Topic 一般 用于单向，消息流通讯。Topic 一般拥有很强的类型定义：一种类型的topic只能接受/ 发送特定数据类型（message type）的message。Publisher 没有被要求类型一致性，但是接受时subscriber会检查类型 的md5，进而报错。
Service
service 用于处理ros通讯中的同步通讯，采用server/client 语义。每个service type拥 有 request 与 response两部分，对于service中的 server，ros不会检查重名（name conflict），只有最后注册的server会生效，与client建立连接。
Action
action使用多个topic组成，用于定义任务，任务定义包括目标（Goal）、任务执行过程状态反馈（Feedback）和结果（Result）等。编译action将会自动产生7个结构体分别为：Action、ActionGoal、ActionFeedback、ActionResult、Goal、Feedback、Result结构体。
Action的特点：
- 一种问答通讯机制
- 带有连续反馈
- 可以在任务中终止进行
- 基于ROS的消息机制实现
Action的接口：
- goal：发布任务目标
- cancel：请求取消任务
- status：通知客户端当前状态
- feedback：周期反馈任务运行的监控数据
- result：向客户端发送任务的执行结果，只发布一次。
通讯模式特点对比
| 特点 | Topic | Service | Action |
|---|---|---|---|
| 响应机制 | 无 | 结果响应 | 进度响应，结果响应 |
| 同步性 | 异步 | 同步 | 异步 |
| 通讯模型 | Publisher，Subscriber |
Client，Server |
Client，Server |
| Node对应关系 | 多对多 | 多（Client）对一（Server） | 多（Client）对一（Server） |
常用组件
launch启动文件；TF坐标变换；Rviz；Gazebo；QT工具箱；Navigation；MoveIt!
launch：启动文件（Launch File）是ROS中一种同时启动多个节点的途径，它还可以自动启动ROS Master节点管理器，并且可以实现每个节点的各种配置，为多个节点的操作提供很大便利。
TF坐标变换：机器人本体和机器人的工作环境中往往存在大量的组件元素，在机器人设计和机器人应用中都会涉及不同组件的位置和姿态，TF是一个让用户随时间跟踪多个坐标系的功能包，它使用树形数据结构，根据时间缓冲并维护多个坐标系之间的坐标变换关系，可以帮助开发者在任意时间、在坐标系间完成点、向量等坐标的变换。
QT工具箱：为了方便可视化调试和显示，ROS提供了一个Qt架构的后台图形工具套件——rqt_common_plugins，其中包含不少实用工具：日志输出工具(rqt_console)、计算图可视化工具（rqt_graph）、数据绘图工具（rqt_plot）、参数动态配置工具（rqt_reconfigure）
Rviz：rviz是一款三维可视化工具，很好地兼容了各种基于ROS软件框架的机器人平台。在rviz中，可以使用XML对机器人、周围物体等任何实物进行尺寸、质量、位置、材质、关节等属性的描述，并且在界面中呈现出来。同时，rviz还可以通过图形化方式，实时显示机器人传感器的信息、机器人的运动状态、周围环境的变化等。
Gazebo：Gazebo是一个功能强大的三维物理仿真平台，具备强大的物理引擎、高质量的图形渲染、方便的编程与图形接口，最重要的还有其具备开源免费的特性。虽然Gazebo中的机器人模型与rviz使用的模型相同，但是需要在模型中加入机器人和周围环境的物理属性，例如质量、摩擦系数、弹性系数等。机器人的传感器信息也可以通过插件的形式加入仿真环境、以可视化的方式显示。
Navigation：navigation是ROS的二维导航功能包，简单来说，就是根据输入的里程计等传感器的信息流和机器人的全局位置，通过导航算法，计算得出安全可靠的机器人速度控制指令。
Moveit：Moveit！功能包是最常用的工具包，主要用来进行轨迹规划。Moveit！配置助手用来配置一些在规划中需要用到的文件，非常关键。
三、ROS的工作空间
工作空间就是管理和组织ROS工程项目文件的地方，直观的形容就是一个仓库，里面装载着ROS的各种项目工程，便于系统组织管理调用。在可视化图形界面里是一个文件夹。我们自己写的ROS代码通常就放在工作空间中。其下主要的一级目录有四个：
3.1 功能包
src中存放的都是功能包，package是一种特定的文件结构和文件夹组合。通常将实现同一个具体功能的程序代码放到一个package中。只有 CMakeLists.txt 和 package.xml 是【必须】的，其余路径根据软件包是否需要来决定。
CMakeLists.txt
catkin的CMakeLists.txt与CMake的基本一致。CMakeLists.txt的基本语法都还是按照CMake，而Catkin在其中加入了少量的宏，总体的结构如下：
package.xml
具有最小标签的包清单不指定对其他包的任何依赖关系。软件包可以有六种依赖关系：
构建依赖关系
构建导出依赖关系
执行依赖关系
测试依赖关系
构建工具依赖关系
文档工具依赖关系
四、常用命令与工具
4.1 启动结点方式
launch文件
1）、借助 ros package 路径启动
格式如下：
roslaunch package名称 launch文件名称
roslaunch pkg_name launchfile_name.launch 2）、直接给出 launch 文件的绝对路径
格式如下：
roslaunch path_to_launchfile不论用上述哪种方式启动 launch 文件，都可以在后边添加参数，比较常见的参数有
--screen: 令 ros node 的信息（如果有的话）输出到屏幕上，而不是保存在某个 log 文件中，这样比较方便调试arg:=value: 如果 launch 文件中有待赋值的变量，可以通过这种方式赋值，例如：
roslaunch 命令运行时首先会检测系统的rosmaster是否运行，如果已经启动，就用现有的 rosmaster；如果没有启动，会先启动rosmaster,然后再执行 launch 文件中的设置，一次性把多个节点按照我们预先的配置启动起来。
需要注意的是， launch 文件不需要编译，设置好之后可以直接用上述方式运行。
launch 文件本质上是一种 xml 文件，在某些编辑器中可以高亮显示关键字，方便阅读，可以在头部添加，也可不添加
与其他 xml 格式的文件类似，launch 文件也是通过标签 (tag) 的方式书写， 主要的 tag 如下：
1.标签【node】
标签【node】是 launch 文件的核心部分。
注意： roslaunch 不能保证 node 的启动顺序，因此 launch 文件中所有的 node 都应该对启动顺序有鲁棒性。
还可以设置更多参数，如下：
2.标签【remap】
经常作为node 标签的子标签出现，可以用来修改topic。在很多rosnode源文件中，可能并没有指定接收的或者发送的topic，而仅仅是用 input_topic 和 output_topic 代替，这样在使用中需要将抽象的topic名字替换成具体场景中的 topic 名字。
简单地说， remap 的作用就是方便同一个 node 文件被应用到不同的环境中，用 remap 从外部修改一下 topic 即可，不需要改变源文件。
remap 常见的使用格式如下：
3.标签【include】
这个标签的作用是将另外一个 launch 文件添加到本 launch 文件中，类似 launch 文件的嵌套。基本格式：
上边的文件路径可以给具体路径，但是一般来说为了程序的可移植性，最好借助 find 命令给出文件路径：
上述命令中，$(find package-name) 等价于本机中相应 package 的路径。这样即使换了其他主控，只要安装了同样的 package，就可以找到对应的路径。
有时，另一个 launch 引入的 node 可能需要统一命名，或者具有类似特征的 node 名字，比如 /my/gps, /my/lidar, /my/imu，即 node 具有统一的前缀，方便查找。这可以通过设置 ns （namespace）属性来实现，命令如下：
4.标签【arg】
通过【arg】可以使参数重复使用，也便于多处同时修改。 【arg】三种常用方法:
通过命令行赋值
roslaunch package_name file_name.launch arg1:=value1 arg2:=value25.变量替换
在 launch 文件中常用的变量替换形式有两个
$(find pkg)： 例如$(find rospy)/manifest.xml. 如果可能，强烈推荐这种基于 package 的路径设置$(arg arg_name)： 先设置默认值，如果没有额外的赋值，就用这个默认值了
例如:
另一个例子:
这样设置之后，在启动 roslaunch 时，可以为 args 参数赋值
roslaunch package_name file_name.launch a:=1 b:=5
rosrun
五、实例说明
1.rqt_graph计算图可视化
rosrun rqt_graph rqt_graph
2.rqt_topic 查看话题
rosrun rqt_topic rqt_topic
【Set initial pose】、【Set target pose】、【Publish location point】：一般在建图导航时使用。
rviz界面主要包含以下几个部分：
1：3D视图区，用于可视化显示数据，目前没有任何数据，所以显示黑色。
2：工具栏，提供视角控制、目标设置、发布地点等工具。
3：显示项列表，用于显示当前选择的显示插件，可以配置每个插件的属性。
4：视角设置区，可以选择多种观测视角。
5：时间显示区，显示当前的系统时间和ROS时间。
- 添加显示
第一步：点击【Add】按钮。会弹出一个选框。
第二步：可以通过显示类型【By display type】选择添加，不过需要自己修改对应话题，坐标系才可以显示出来；也可以通过选择话题【By topic】的方式，直接添加就可以正常显示。
第三步：点击【OK】即可。
