ROS学习笔记(一) ：入门之基本概念

基本概念
实践操作

基本概念

1. Package

程序包，里面包含节点Node、ROS程序库、数据集、配置文件

Package Manefist

程序包的配置文件，即描述程序包的相关信息，包括其名字、版本、功能简述、依赖关系

2. Repositories

代码仓库

3. Computation Graph

计算图，ROS在点对点网络里整合并处理数据的过程。图中包含的基本概念：节点、主机、参数服务器、消息、服务、话题、数据包。

4. Node

节点，一个机器人控制系统由多个节点组成，每个节点控制不同的部分。比如一个机器人有两个节点，一个是传感器节点，专门负责接收传感器数据，另一个是控制节点，专门负责控制机器人作出某些动作。

5. Master

主机，节点管理器，功能是对于计算图中各个元素进行名字注册(register)和检索，没有主机，节点之间就不能找到彼此则无法进行通信。

Parameter Service

参数服务器，是主机的一部分，允许数据通过键的方式存储

6. Message

消息，节点之间通过传递消息交流，消息是一种数据结构

7. Topic

话题，消息的传输使用的是发布订阅的机制。一个话题可理解为只针对某种消息，节点发送消息则是将该消息发布到其对应的话题上，只有那些订阅该话题的节点才能接收到这个消息。一个话题可能有多个订阅者和发布者，一般他们互相是不知道(也不需知道)对方的存在，以达到解耦(decouple)的效果。

【配图，节点发送消息的过程】

8. Service

服务，尽管"发布订阅"模型非常灵活，但它是多对多、单向传输的，不适用于"发出请求返回响应"方式的交互，然而这种交互在分布式系统中十分常见。因此 "请求响应"通过服务来实现。节点需要提供的信息有：所使用服务的名字以及使用服务的客户，将这些信息打包成请求，发送出去之后等待答复。

9. Bag

数据包，存储一段时间内ROS的消息数据

10. Rosout

相当于ROS中的stdout/stderr

11. Roscore

主机+Rosout+参数服务器

实践操作

1. workspace 工作空间

catkin工作空间：

创建catkin工作空间，在需要创建的目录下输入命令:

mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd ~/catkin_ws
catkin_make

最后一个命令是使用catkin工作空间时很方便的工具，在工作空间中第一次执行该命令时，会自动在~/catkin_ws/src文件夹中创建CMakeList，同时在工作空间目录中创建build和devel文件夹
在devel文件夹中有几个setup.*sh 文件，source其中的任一文件可将工作空间路径包含到环境变量中

source devel/setup.bash

为了确认是否包含，检查ROS_PACKAGE _PATH这个环境变量的值:

echo $ROS_PACKAGE_PATH

可以看到当前工作空间的路径在最前面
**【注：roscd, rospack等ROS工具只能针对那些路径已包含在环境变量ROS_PACKAGE _PATH中的程序包】**

2. package 程序包

2.1 最简单的程序包其文件结构看起来如下：

my_package
- CMakeLists.txt
- package.xml

2.2 在catkin工作空间中的程序包

workspace_folder
- src
- CMakeLists.txt
- pkg_1
  - CMakeLists.txt
  - package.xml
- ...
- pkg_n
  - CMakeLists.txt
  - package.xml

2.3 在工作空间中创建程序包

cd ~/catkin_ws/src
catkin_create_pkg beginner_tutorials std_msgs rospy roscpp

最后一个命令用于创建名为beginner_tutorials的新程序包，这个程序包依赖于std _msgs、roscpp和rospy这几个程序包
执行后在src目录下看到beginner_tutorials文件夹，里面包含一个package.xml文件和一个CMakeList，这两个文件已自动包含了之前在命令中规定的依赖关系
catkin_create_pkg 格式：

catkin_create_pkg <package_name> [depend1] [depend2] [depend3]

2.4 程序包的依赖关系

- 一级依赖

(注意要先将当前工作空间的路径添加到环境变量中，即前面提到的source命令，这样之后执行rospack命令才不会报错提示找不到beginner_tutorials这个包)

rospack depends1 beginner_tutorials

输出结果

std_msgs
rospy
roscpp

- 间接依赖

对于程序包A的一级依赖程序包B，其自身也依赖一些其它的程序包C，这些程序包C是A的间接依赖

rospack depends1 rospy

可看到rospy的一级依赖

rospack depend beginner_tutorials

递归检测出A的所有的依赖包(包括一级和间接)

2.5 编译程序包

用catkin_make，可认为是在CMake标准工作流程中依次调用了cmake和make

在工作空间中使用catkin_make
在工作空间的根目录下，输入

catkin_make

该命令会编译位于目录 catkin_ws/src 中的所有程序包

更多关于catkin_ make的资料： http://wiki.ros.org/catkin/commands/catkin_make

3. 用实际例子理解节点和话题

每个节点是一个可执行文件

节点之间通过话题来通信

比如一个遥控器节点和一个机器人节点，二者通过话题command来通信，遥控器节点发布信息到command话题中，机器人节点订阅command话题从而接收到遥控器节点发布的信息

使用rosrun

rosrun ros_pkg ros_pkg_node

该命令用于运行某个ros程序包中的某个节点

使用rosnode list

rosnode list

该命令可以列出当前活跃的所有节点
rosnode help 列出可选的命令参数

使用rostopic echo

rostopic echo [topic]

该命令可以显示在某个话题上发布的信息
rostopic help 列出可选的命令参数

使用rqt_graph

rosrun rqt_graph rqt_graph

打开rqt_graph 可以观察到目前有哪些节点在通过什么话题来通信

使用rqt_plot

rosrun rqt_plot rqt_plot

可以实时显示一个发布到某个话题上的数据变化图形

turtlesim模拟器的使用

首先运行turtlesim包中的turtlesim_node节点[海龟本体]

rosrun turtlesim turtlesim_node

另外打开一个终端

可以通过键盘来控制turtle [运行一个控制海龟的节点]

rosrun turtlesim turtle_teleop_key

在新终端中打开rqt_graph，可观察到这两个节点通过话题cmmd _vel来通信

rosrun rqt_graph rqt_graph

也可以通过手动发布消息到话题上来控制turtle

在新终端中, 列出当前的topic

rostopic list

列出该话题的消息类型

rostopic type /turtle1/cmd_vel

列出该消息类型的详细数据类型

rosmsg show geometry_msgs/Twist

发布消息到话题cmd_vel，告诉turtlesim _node，使其以2.0大小的线速度和1.8大小的角速度移动

rostopic pub -1 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist -- '[2.0, 0.0, 0.0]' '[0.0, 0.0, 1.8]'

命令中的-1表示rostopic发布一条信息后马上退出，也可以设置为循环发送：

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

该信息以1Hz的稳定频率来发送，使turtle保持移动状态

这时可以观察rqt_graph

发现多了一个节点：rostopic发布器节点，同样地，该节点与turtlesim_node节点[海龟本体] 通过话题cmd _vel通信

roslaunch的使用

使用roslaunch同时运行多个节点，通过编写launch文件来配置各个节点

以turtlesim为例

首先保证环境变量中是否有catkin_ws工作空间的路径

echo $ROS_PACKAGE_PATH

若无，则进入该工作空间的根目录，执行

source devel/setup.bash

之后在任意目录下都可以进入之前创建的程序包

roscd beginner_tutorials

新建launch文件夹，在里面创建launch文件

mkdir launch
gedit turtlemimic.launch

拷贝以下launch文件的内容：
http://wiki.ros.org/cn/ROS/Tutorials/UsingRqtconsoleRoslaunch

ROSCPP

ROS编写消息发布器和订阅器