ROS理论与实践—— 一 、初识ROS

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前言

本门课是我当初在深蓝学院上的课程，时间过去两年之久，我重新整理出来，一则作为自己复习的资料，另一则方便初学ros的同学。好的，话不多少，本文先介绍了ROS的基础内容。

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以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、ROS是什么？

背景：百度Apollo无人车基于ROS进行的开发。只不过百度对ROS进行了定制优化。ROS作为一种开发机器人和人工智能的利器，需要熟悉理论，并通过实践验证。
ROS系统的框架用“四位一体”来总结是比较到位的，即：
ROS=通讯机制 + 开发工具 + 应用功能 + 生态系统
其中通讯机制是ROS开发的核心，基于一种点对点的网络通讯，工具包丰富，有3D可视化工具rviz，物理仿真环境gazebo，数据记录工具rosbag以及Qt工具箱rqt等。

二、ROS安装

采用的ROS版本是ROS Kinetic Kame，搭配的Ubuntu版本是16.04。（可支持到2021年）

1 安装方法

1. 添加ROS软件源

sudo sh -c ‘echo “deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main” > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list’


2. 添加密钥

sudo apt-key adv —keyserver hkp://ha.pool.sks-keyservers.net:80 —recv-key 421C365BD9FF1F717815A3895523BAEEB01FA116


3. 安装ROS

sudo apt-get update
sudo apt-get install ros-kinetic-desktop-full


4. 初始化rosdep

sudo rosdep init
rosdep update


5. 设置环境变量

echo “source /opt/ros/kinetic/setup.bash” >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc


6. 安装rosinstall

sudo apt-get install python-rosinstall python-rosinstall-generator python-wstool build-essential


7. 安装完成
   

强调ros安装的目录是默认在/opt/ros路径下。
bin文件夹：放置的一般是可执行的程序
etc文件夹：ros相关的配置文件
include文件夹：所有通过命令行或终端安装的功能包代码的头文件
lib文件夹：所有通过终端安装的功能包可执行程序，即节点
share文件夹：所安装功能包接口的一些信息

2 初次实践

键盘控制小海龟运动：

1. 使用roscore命令启动ROS Master主节点

roscore


2. 启动turtlesim包中的turtlesim_node节点，运行小乌龟的仿真程序：

rosrun turtlesim turtlesim_node _name: = my_turtle


3. 用键盘遥控乌龟

rosrun turtlesim turtle_teleop_key


三、ROS命令小结

通过小海龟仿真器可熟悉ROS的命令：

1 ROS中的节点

nodes：表示节点，在ROS中是一个可执行文件，节点与节点之间通过话题进行通信。在小海龟例程中，turtle_teleop_key在一个topic上发布键盘的输入信息，turtlesim_node节点订阅该topic上的信息来接收键盘的输入。

2 ROS中的话题

rqt_graph是用来创建正在运行的系统的动态框图，在终端运行：rosrun rqt_graph rqt_graph，可以看到turtle_teleop_key与turtlesim_node节点是通过/turtle 1/cmd_vel的Topic来通信的。

3 ROS中的消息

1. 利用rostopic echo命令查看中间的信息。

rostopic echo /turtle1/cmd_vel


2. 利用rostopic pub命令来发布数据

设定小乌龟行进的线速度和角速度，命令是使小乌龟x方向行进的速度为2.0，y方向和z方向的速度都为0，绕z轴角速度为1.8，绕x轴和y轴的角速度都为0。运行：

rostopic pub -1 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist — ‘[2.0, 0.0, 0.0]’ ‘[0.0, 0.0, 1.8]’


为了使小龟不停的绕圈，更改运行的命令为：

rostopic pub /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist -r 1 — ‘[2.0, 0.0, 0.0]’ ‘[0.0, 0.0, 1.8]’


3. 运行rostopic hz命令来报告每个数据发布的频率
   例如想知道小海龟运动的姿态，运行命令：

rostopic hz /turtle1/pose


4. 利用rqt_plot命令来显示topic中的数据
   例如绘制/turtle1/pose上的数据，命令：

rosrun rqt_plot rqt_plot


4 ROS中的services和Parameters

1. rosservice call 命令
   例如产生一个新的海龟，并给出小龟的x,y,theta值和名字。命令如下：

rosservice call spawn 2 2 0.2 turtle2


2. 用rosparam set命令和get命令来改变窗口背景的颜色
   例如将背景色的红色由原先的0改为200，并使其生效。命令如下：

rosparam set background_r 50
rosservice call clear


5 ROS中的roslaunch

Roslaunch用于一次打开多个节点。同时打开两个turtlesim节点的操作如下。
运行命令：

roslaunch beginner_tutorials turtlemimic.launch


若让两个乌龟同步运动，运行命令：

rostopic pub /turtlesim1/turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist -r 1 — ‘ [2.0, 0.0, 0.0]’ ‘[0.0, 0.0, -1.8]’



_ 相关知识点补充

ROS相关的知识点补充如下：

1 理解ROS节点

1 安装模拟器

sudo apt-get install ros-<distro> -ros-tutorials


2.解释
Nodes:一个节点就是一个可执行文件，用来与其他节点进行通信
Topics：话题，节点发布消息到话题，也可订阅话题以接收消息
Messages:消息，用来向Topic订阅或发布数据
Master：主节点
rosout：标准输出/ 标准错误的输出
roscore: 用来启动Master
rosnode:
1)用来列出当前状态的所有节点

rosnode list //(若什么都没运行，会看到只有rosout节点)


2)返回关于某指定节点的信息

rosnode info /rosout


rosrun:允许使用包名直接运行一个包内的节点

rosrun [Package_name] [node_name]


2 理解ROS中的Topics

1.小乌龟算例

rosrun turtlesim turtlesim_node
rosrun turtlesim turtle_teleop_key


以上两个节点通过ROS Topics来相互通信，turtle_teleop_key 在一个topic上发布键盘输入信息，turtlesim_node节点订阅同一个topic的信息来接收键盘输入。
2. rostopic echo :显示发布于一个主题上的数据

rostopic echo /turtle 1/cmd_vel


3.rostopic list:显示当前被订阅和被发布的主题列表
4.ROS Messages
为完成发布者（turtle_teleop_key节点）和订阅者（turtlesim_node节点）之间的通信，发布者和订阅者必须发送和接收相同类型的信息。
(1) rostopic type:返回正在使用的主题上的信息类型

rostopic type /turtle/cmd_vel


(2) rostopic pub:向上一个topic上发布数据

rostopic pub [topic] [msg_type] [args]
rostopic pub -1 /turtle 1/cmd_vel geometry_msgs/Twist--‘[2.0,0.0,0.0]’‘[0.0,0.0,1.8]’


参数-1的含义是rostopic只发布一个message，然后退出
‘-‘表示其后的参数是可缺省的，‘–’表示其后的参数是不可缺省的
利用rostopic pub -r命令来发布一个持续的命令流

rostopic pub /turtle 1/cmd_vel geometry-msgs/Twist--‘[2.0,0.0,0.0]’‘[0.0,0.0,1.8]’


(3) rostopic hz
返回数据发布的速率

rostopic hz [topic]