ROS(Robot Operating System) Tutorial 学习记录

编写： 王宇 
2018-03-31

注： 此文档仅仅是我阅读时的流水账，也因为本人英语水平有限，仅凭个人的自我理解所编写，不可避免的存在错误和偏差，请以官方原文为准。

官方教程：http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials

Beginner Level

1. 安装配置ROS环境

安装ROS

• 官方推荐 ROS Kinettic Kame http://wiki.ros.org/Distributions
• 安装步骤： http://wiki.ros.org/kinetic/Installation/Ubuntu

管理环境

• 概念 ：notion of combining spaces using the shell environment
• 检查环境

•     $ printenv | grep ROS

• 安装命令

•     $ source /opt/ros/kinetic/setup.bash

创建ROS工作空间

• Build空间

•     $ mkdir -p ~/catkin_ws/src

•     $ cd ~/catkin_ws

•     $ catkin_make

• catkin : http://wiki.ros.org/catkin
• 设置

•     $ source devel/setup.bash

• 确认环境变量： $ROS_PACKAGE_PAHT 

/home/youruser/catkin_ws/src:/opt/ros/kinetic/share

2. ROS文件系统

预备

• 安装教程预先准备的Package

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

Overview 文件系统概念

• Package : Package 组织ROS单元代码的抽象组织结构，每个Package能够包含库，可以执行文件，脚本和其他部分
• Manifests（package.xml) : Manifest是对Package的描述，它定义Package的依赖，明确Package的元数据，像版本，License等。

文件系统工具

• 使用 rospack - 得到Packages中的信息

•     $ rospack find [package_name]

• 使用 roscd - 更改目录
•     $ roscd [locationname [/subdir]]
• roscd log - 切换到日志目录

•     $ roscd log

• 使用 rosls - 查询目录

•     $ rosls [locationname [/subdir]]

Tab 补全

3.创建ROS Package

• Package 由什么组成的？

1. package.xml 提供Package的元数据描述
2. catkin使用的CMakeList.txt
3. 每个Package必须有它自己的目录

• 在 catkin工作空间中的Package 

• 
  
   
  

• 创建catkin Package 

使用catkin_create_pkg脚本创建 catkin Package

•     $ cd ~/catkin_ws/src

    $ catkin_create_pkg beginner_tutorials std_msgs rospy roscpp

• 编译和设置

    $ cd ~/catkin_ws

    $ catkin_make

    $ . ~/catkin_ws/devel/setup.bash

• package 依赖
• 自定义你的Package

4. 编译ROS Package

编译 Packages

• 使用 catkin_make - 类似于cmake make工具

•     $ catkin_make --source my_src

    $ catkon_make install --source my_src

• 构建你的Package

•     $ cd ~/catkin_ws/

    $ ls src

beginner_turorials/CMakeLists.txt

    $ catkin_make

5. 理解ROS Nodes节点

预备- 同ROS文件系统

Overview Graph 概念

• Node : 用ROS（roscore）协同其他node的可以执行体
• Message: 当使用subscribing和publishing topic时，被使用的数据类型
• Topics：subscribing和publishing 时的主题
• Master：ROS的服务名
• rosout：ROS的 stdout stderr
• roscore： Master + rosout + parameter server

Nodes

• ROS nodes 使用 ROS 客户端库与其他节点通讯。
• Nodes可以发布和订阅一个主题。Node
• Node能够提供和使用服务

客户端库

ROS客户端库允许nodes使用不同的程序语言编写，用于通讯，例如Python和C++

roscore

• 运行roscore

•     $ roscore 

• 变更权限

•     $ sudo chown -R <your_username> ~/.ros

• 网络设置： http://wiki.ros.org/ROS/NetworkSetup#Single_machine_configuration

使用 rosnode

• 查询Node信息

•     $ rosnode list

       从rosout中查看内容

• rosnode info 命令查看特定node信息

使用rosrun

    $ rosrun [package_name] [node_name]

6. 理解ROS Topics主题

启动一个例子

• 启动 roscore

•     $ roscore

• 运行 turtlesim - turtlesim是package，turtlesim_node 和 turtle_turtle_teleop_key是 node

    $ rosrun turtlesim turtlesim_node

• turtle键盘遥控

• $ rosrun turtlesim turtle_teleop_key

 

ROS Topics

The turtlesim_node 和 turtle_teleop_key 节点使用各自的ROS Topic进行通讯。turtle_teleop_key是发布键盘消息的topic， turtlesim 订阅相同topic，去接受键盘消息。让我们使用rqt_graph(能够显示nodes和topics)去运行

• 使用 rqt_graph 

        rqt_graph在系统中，建立一个实时动态图像。rqt_graph是rqt package的一部分。

 

• 安装 rqt_graph

•     $ sudo apt-get install ros-<distro>-rqt

•     $ sudo apt-get install ros-<distro>-rqt-common-plugins

• rqt_graph的显示效果 

 

• 介绍rostopic 

         rostopic 工具允许你获得关于ROS topics的信息

•     $ rostopic -h

• 使用 Using rostopic echo 

        rostopic echo显示在topic上的被发布数据

•     $ rostopic echo [topic]

• 使用 rostopic list 
•         rostopic list返回所有当前发布和订阅主题列表

•     $ rostopic list -h

ROS Message

在nodes之间，topics上凭借发送的ROS Message去通讯。因为发布和订阅通讯，它们必须发送接收相同类型的信息。这意味着，topic类型凭借message 类型发布被定义。

• 使用 rostopic type 

        rostopic type 返回topic发布的message类型。

•     $ rostopic type [topic]

rostopic continued

• 使用 rostopic pub 

        rostopic pub 发布数据给当前被公布的topic

•     $ rostopic pub [topic] [msg_type] [args]

• 使用rostopic hz 

         rostopic 报告被发布数据的频率。

•     $ rostopic hz [topic]

• 使用rqt_plot 

       rqt_plot显示一个在topic上被发布数据的实时滚动图

 

7. 理解ROS 的服务和参数

ROS 服务

服务是使node与其他node通讯的另外一种途径。服务允许node发送一个请求和接收一个回应

使用rosservice

rosservice能够轻松的使用serives附加到ROS C/S框架结构。 rosservice有许多能够使用在topics上的命令。

  

8. 使用rqt_console and roslaunch

ROS使用rqt_console 和 rqt_logger_level进行调试，使用roslaunch一次启动多个node

预备

使用rqt_console 和rqt_logger_level

rqt_console依附于ROS的日志框架，用于显示从node的输出信息。rqt_logger_level允许我去改变运行时node的调试级别（DEBUG WARN INFO ERROR）

9. 使用rosed在ROS中编辑文件

使用rosed

rosbash : http://wiki.ros.org/rosbash 
rosed是rosbash套件中的一部分。它允许你直接在package内编辑文件。

    $ rosed [package_name] [filename]

使用rosed 用 tab补全

    $ rosed [package_name] <tab><tab>

编辑器

rosed默认编辑器是vim。 更加友好的编辑器nano通过默认Ubuntu 安装时被包含。你能够通过编辑你的~/.bashr文件去使用它们。

    export EDITOR='nano -w'

10. 创建ROS msg 和 srv

介绍msg 和 srv

• msg：msg files是描述ROS信息字段的样例文本文件。它们用于生成不同语言信息的源代码
• srv：srv file表示一个服务。由两部分组成： a request , a response

msg files 被保存在package 的msg目录中， svr files 被保存在srv目录中

• 字段类型 

  
在ROS还有一些特殊的类型： Hear，它包含一个时间戳和在ROS中被使用的坐标参照信息。你将在msg file中第一行频繁的看到Hearder 
例子： 


 
srv file就像msg files，除了他们包含两部分内容：request，respone。这两部分内容被“-------”行分开

使用msg

• 创建msg 
  让我们定义一个在之前的教程被创建的package中的msg

•     $ roscd beginner_tutorials

    $ mkdir msg

    $ echo "int64 num" > msg/Num.msg

这部分内容待续

• 使用rosmsg

•     $ rosmsg show [message type]

使用srv

• 创建srv

这部分内容待续

• 使用rossrv

•     $ rossrv show <service type>

    $ rossrv show begineer_turoials/AddTwoInts

用于msg 和srv 常见步骤

• 改变CMakeList.txt

获得帮助

$ rosmsg -h

$ rosmsg show -h

11. 用C++写一个Publisher和Subscriber的例子

http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials/WritingPublisherSubscriber%28c%2B%2B%29

12. 用Python写一个Publisher和Subscriber的例子

http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials/WritingPublisherSubscriber%28python%29

13. 测试Publisher和Subscriber的例子

http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials/ExaminingPublisherSubscriber

14. 用C++写一个Service 和 Client的例子

http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials/WritingServiceClient%28c%2B%2B%29

15. 用Python写一个Service和Client的例子

http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials/WritingServiceClient%28python%29

16. 测试Service和Client的例子

http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials/ExaminingServiceClient

17. 记录和播放数据

记录数据-创建一个bag 文件

• 启动roscore，运行两个node，一个是显示乌龟，一个是键盘操作

1. Terminal1 : $ roscore
2. Terminal2 : $ rosrun turtlesim turtlesim_node
3. Terminal3 : $ rosrun turtlesim tutle_teleop_key

• 记录所有的 publisher topics

•     $ mkdir ~/bagfiles

    $ cd ~/bagfiles

    $ rosbag record -a

测试和播放bag file

    $ rosbag info <your bagfile>

记录数据的子集

    $ rosbag record -O subset /turtle1/cmd_vel /turtle1/pose

rosbag 记录播放限制-（没搞懂）

18. 用roswtf开始

roswtf： 诊断ROS运行时错误的工具 
http://wiki.ros.org/roswtf

19. 导航ROS wiki

总结

 

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