【ROS2】MOMO的鱼香ROS2（三）ROS2入门篇——ROS2第一个节点

引言

笔者跟着鱼香ROS的ROS2学习之旅
学习参考：
【ROS2机器人入门到实战】
笔者的学习目录

1. MOMO的鱼香ROS2（一）ROS2入门篇——从Ubuntu操作系统开启
2. ROS2】MOMO的鱼香ROS2（一）ROS2入门篇——从Ubuntu操作系统开启

专业术语认识

1. 面向过程编程思想。缩写：POP
2. 面向对象编程思想。缩写：OOP
   对象 = 属性+行为
3. 函数式思想。缩写：FP

1 认识ROS2节点

1.1 节点之间的交互

ROS2中每一个节点也是只负责一个单独的模块化的功能，（比如一个节点负责控制车轮转动，一个节点负责从激光雷达获取数据、一个节点负责处理激光雷达的数据、一个节点负责定位等等）
那节点与节点之间的通信一共四种通信方式:

1. 话题-topics
2. 服务-services
3. 动作-Action
4. 参数-parameters

1.2 节点的命令行指令

运行节点指令：ros2 run 包名字 可执行文件名字

ros2 run <package_name> <executable_name>

查看节点列表

ros2 node list

查看节点信息

ros2 node info <node_name>

其他指令

# 重映射节点名称
ros2 run turtlesim turtlesim_node --ros-args --remap __node:=my_turtle
# 运行节点时设置参数
ros2 run example_parameters_rclcpp parameters_basic --ros-args -p rcl_log_level:=10

1.3 工作空间

创建工作空间（其实就是创建一个目录）

mkdir -p name_ws/src

1.4 功能包

功能包可以理解为存放节点的地方，ROS2中功能包根据编译方式的不同分为三种类型。

ament_python，适用于python程序
cmake，适用于C++
ament_cmake，适用于C++程序,是cmake的增强版

1.4.1 功能包获取安装

sudo apt install ros-<version>-package_name

1.4.2 功能包相关的指令 ros2 pkg

1.创建功能包

ros2 pkg create <package-name>  --build-type  {cmake,ament_cmake,ament_python}  --dependencies <依赖名字>

2.列出可执行文件

ros2 pkg executables

3.列出所有的包

ros2 pkg list

4.输出某个包所在路径的前缀

ros2 pkg prefix  <package-name>

5.查看功能包的信息。

ros2 pkg xml  <package-name>

2 ROS2构建工具—Colcon

对创建的ROS2工作空间进行编译，colcon想当于ros1中的catkin工具。

2.1 安装Colcon

sudo apt-get install python3-colcon-common-extensions

打开终端输入colcon即可看到其使用方法

2.2 测试编译

1. 创建一个工作文件夹

mkdir -p ROS_WS/colcon_ws/src
cd ROS_WS/colcon_ws/src
# -b eloquent克隆的分支为eloquent
git clone https://github.com/ros2/examples -b eloquent  

2. 编译

colcon build
# 指定包编译
colcon build --packages-select [YOUR_PKG_NAME]

允许通过更改src下的部分文件来改变install（重要），每次调整 python 脚本时都不必重新build了

colcon build --symlink-install

运行编译的包的测试

colcon test

3. 配置资源

source install/setup.bash

2.3 Colcon其他指令

1. 构建指令
   –packages-select ，仅生成单个包（或选定的包）。
   –packages-up-to，构建选定的包，包括其依赖项。
   –packages-above，整个工作区，然后对其中一个包进行了更改。此指令将重构此包以及（递归地）依赖于此包的所有包。
   指定构建后安装的目录可以通过 --build-base参数和–install-base，指定构建目录和安装目录。

2. 合并构建目录
   –merge-install，使用作为所有软件包的安装前缀，而不是安装基中的软件包特定子目录。
   –install-base 如果没有此选项，每个包都将提供自己的环境变量路径，从而导致非常长的环境变量值。使用此选项时，添加到环境变量的大多数路径将相同，从而导致环境变量值更短。

3. 符号链接安装
   启用–symlink-install后将不会把文拷贝到install目录，而是通过创建符号链接的方式。

4. 错误时继续安装
   启用–continue-on-error，当发生错误的时候继续进行编译。

5. CMake参数
   –cmake-args，将任意参数传递给CMake。与其他选项匹配的参数必须以空格为前缀。

6. 控制构建线程
   –executor EXECUTOR，用于处理所有作业的执行程序。默认值是根据所有可用执行程序扩展的优先级选择的。要查看完整列表，请调用 colcon extensions colcon_core.executor --verbose。
   sequential [colcon-core] 一次处理一个包。
   parallel [colcon-parallel-executor] 处理多个作业平行.
   –parallel-workers NUMBER 要并行处理的最大作业数。默认值为 os.cpu_count() 给出的逻辑 CPU内核数。

7. 开启构建日志 使用–log-level可以设置日志级别，比如–log-level info。

3 使用RCLPY编写节点

3.1 创建Python功能包

cd ROS_WS/colcon_ws/src
ros2 pkg create imu_py  --build-type ament_python --dependencies rclpy

具体解释如下：
ros2 pkg create imu_py: 创建 ROS 2 包的命令，包的名称为 “imu_py”。
–build-type ament_python: 指定使用 Ament 构建系统，并选择 Python 作为开发语言。
–dependencies rclpy: 指定该包的依赖项，即 “rclpy”，这是 ROS 2 的 Python 客户端库。

3.2 编写程序

1. 导入库文件
2. 初始化客户端库
3. 新建节点
4. spin循环节点
5. 关闭客户端库

在imu_py/imu_py下创建node_imu.py，开始编写代码。
插上usb接口的IMU硬件！！！

# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Created on 2023/12/6 下午4:46
@author: alian
1.查看映射端口
ls /dev/ttyUSB*
2.更改端口的权限
sudo chmod 777 /dev/ttyUSB0
3.可视化
ros2 run rviz2 rviz2
4. ROS2重要指令
colcon build --packages-select imu_py  # 编译
source install/setup.bash
ros2 run imu_py node_imu # 运行节点
"""
import rclpy
from rclpy.node import Node
# 话题接口
from sensor_msgs.msg import Imu  # imu接口
from sensor_msgs.msg import LaserScan # 激光雷达接口
from sensor_msgs.msg import Image  # 相机接口
# Usart Library
import serial
import struct
import binascii

# imu接收数据类型
class Node_imu(Node):
    send_data = []

    def __init__(self,name):
        super().__init__(name)  # 继承父类，初始化名称
        self.get_logger().info("发布节点：%s"%name)
        self.publisher_ = self.create_publisher(Imu, 'imu_data', 1)  # 创建发布imu数据的发布者到话题：imu_data上

        # 串口初始化
        self.IMU_Usart = serial.Serial(
            port='/dev/ttyUSB0',  # 串口
            baudrate=115200,  # 波特率
            timeout=0.001  # 由于后续使用read_all按照一个timeout周期时间读取数据
            # imu在波特率115200返回数据时间大概是1ms,9600下大概是10ms
            # 所以读取时间设置0.001s
        )
        # 判断串口是否打开成功
        if self.IMU_Usart.isOpen():
            print("open success")
        else:
            print("open failed")

def main(args=None):
    """
    ros2运行该节点的入口函数
    编写ROS2节点的一般步骤
    1. 导入库文件
    2. 初始化客户端库
    3. 新建节点对象
    4. spin循环节点
    5. 关闭客户端库
    """
    rclpy.init(args=args)  # 初始化rclpy
    node = Node_imu("imu_publisher")  # 新建一个节点
    node.get_logger().info("大家好，我是node_imu.")
    rclpy.spin(node)  # 保持节点运行，检测是否收到退出指令（Ctrl+C）
    rclpy.shutdown()  # 关闭rclpy

代码编写完成用Crtl+S进行保存。接着修改setup.py。

from setuptools import setup

package_name = 'imu_py'

setup(
    name=package_name,
    version='0.0.0',
    packages=[package_name],
    data_files=[
        ('share/ament_index/resource_index/packages',
            ['resource/' + package_name]),
        ('share/' + package_name, ['package.xml']),
    ],
    install_requires=['setuptools'],
    zip_safe=True,
    maintainer='ll',
    maintainer_email='[email protected]',
    description='TODO: Package description',
    license='TODO: License declaration',
    tests_require=['pytest'],
    entry_points={
        'console_scripts': [
            "node_imu=imu_py.node_imu:main",  # 在这里修改！！！！！！
            # "node_imu=imu_py.node_imu:main"  # 可以发布多个节点
        ],
    },
)

“node_imu=imu_py.node_imu:main”，解释如下：

node_imu：节点名称
imu_py.node_imu:main：【软件包】.【执行文件.py】:【执行函数mian】

setup.py这段配置是声明一个ROS2的节点，声明后使用colcon build才能检测到，从而将其添加到install目录下。

3.3 编译运行节点

# 回到工作空间
cd ROS_WS/colcon_ws/src
colcon build --packages-select  imu_py
source install/setup.bash

运行的软件包和节点名可以通过查看软件包的setup.py

ros2 run imu_py node_imu