实验1 熟悉ROS操作系统、熟悉ROS通信架构

1、实验目的

掌握ROS的安装以及常用命令，具体内容如下：

1. 学会在ubuntu18.04系统下安装ROS。
   1. 了解ROS基础命令。
   2. 运行海龟示例。
   3. 了解ROS节点间的话题通信过程，编写节点实现话题通信。
   4. 了解ROS节点间的服务通信过程，编写节点实现服务通信。

2、实验设备

硬件环境：windows 10

系统环境：Ubuntu20.04、ROS noetic

3、实验内容

3.1 安装ROS

1、添加ROS软件源

sudo sh -c '. /etc/lsb-release && echo "deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ros/ubuntu/ \$DISTRIB_CODENAME main" \> /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'

2、添加密钥

sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654

3、更新软件源

sudo apt update

4、安装ROS

sudo apt install ros-noetic-desktop-full

过程：

5、 初始化rosdep

输入以下的命令，先对其初始化一下

sudo rosdep init

6、设置环境变量

（1）ubuntu是20.04版本的，对应的是noetic。

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

（2）输入以下命令，运行该脚本让环境变量生效

source ~/.bashrc

7、 安装rosinstall

输入以下命令：

sudo apt install python3-rosinstall python3-rosinstall-generator python3-wstool

9、 验证ROS是否安装成功

roscore

3.2 ROS常用指令以及小海龟示例

·roscore命令

ROS的使用需要一个主节点master，通过执行roscore命令即可启动一个主节点。

·rosrun命令

然后启动一下小海龟的仿真器，按ctrl+alt+t打开一个新的终端，输入以下命令

rosrun turtlesim turtlesim_node

按ctrl+alt+t再打开一个新的终端，输入以下命令

rosrun turtlesim turtle_teleop_key

此时将光标聚焦于该窗口，这时候按键盘上的↑↓←→键就可以控制小海龟移动了。

·rosnode 命令

执行rosnode list命令，即可查看当前运行中的节点。如下图所示。

·roscd 命令

通过使用roscd命令定位到该包所在的路径。使用方法为roscd 包名，比如定位turtlesim包

·rostopic 命令

可以通过rostopic命令当前节点间存在的通信话题

rostopic list

动手实现1：

通过手动给/turtle1/cmd_vel话题发送消息，控制小海龟移动。

rostopic pub /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist "linear:

x: 1.0

y: 0.0

z: 0.0

angular:

x: 0.0

y: 0.0

z: 0.0"

让这个指令每秒发送10次

rostopic pub -r 10 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist "linear:

x: 1.0

y: 0.0

z: 0.0

angular:

x: 0.0

y: 0.0

z: 0.0"

控制转弯：

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

控制画圈：

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

·rosservice 命令

使用rosservice list命令即可查看当前运行的服务，如下图所示。

·roslaunch 命令

与前面rosrun命令启动一个节点相对比，roslaunch可以一次启动多个节点

roslaunch gazebo_ros empty_world.launch

动手实现2：

当使用rosluanch启动节点后，再运行roscore会发生什么，为什么？

roscore是roslaunch工具的一个专业化工具，用于启动“核心”ROS 系统。如果 roslaunch 检测到它尚未运行（除非提供了 --wait 参数），它将自动启动 roscore。也就是说使用rosluanch启动节点的时候已经自动启动了roscore。

动手实现3：

使用rosed命令或者roscd命令快速定位到empty_world.launch所在位置并打开查看内容

3.3 了解ROS节点间的通信过程：

·使用rqt_graph查看ROS节点关系

rqt_graph

·使用rostopic查看话题信息

rostopic info turtle1/cmd_vel

geometry_msgs/Twist，话题的发布者为/teleop_turtle节点，话题的订阅者有/turtlesim节点。

动手实现4：

利用所学知识，查看turtle1/cmd_vel话题的消息类型Twist的内容是什么？

rosmsg show geometry_msgs/Twist

3.4编写节点实现话题通信

·创建功能包

首先创建一个工作空间，并使用catkin_make编译。

然后创建名为test的功能包，为其加上std_msgs、rospy、roscpp依赖。

·编写发布者节点（c++版本）

进入该包内，创建c++文件并编写

mkdir -p test/src

cd test/src

gedit talker.cpp

代码如下

·编写接收者节点（c++版本）

gedit listener.cpp

代码如下

·构建节点

打开test包内的CMakeLists.txt，

修改内容：

找到

// 建立talker节点

// 建立listener节点

保存文件，并编译

cd ~/catkin_ws

catkin_make

将该工作空间添加到.bashrc文件中，让系统能够知道我们所写的功能包在哪。

gedit ~/.bashrc

添加如下内容

source /home/xinyang/catkin_ws/devel/setup.bash

保存后重新打开终端，即可运行我们写的两个节点。

首先启动roscore

启动talker节点

rosrun test talker

启动listener节点

rosrun test listener

此时，两个节点就建立了通信，如下图所示

动手实现5：

利用所学知识，编写launch文件，通过roslaunch同时启动talker与listener节点。

cd ~/catkin_ws/src

catkin_create_pkg test_launch

gedit test.launch

catkin_make

·编写Python版本话题通信

与C++文件不同，python文件一般存储在scripts文件夹内，接下来编写talker.py

cd test

mkdir scripts

cd scripts

gedit talker.py

填入如下代码

编写listener.py

gedit listener.py

代码如下

修改CmakeLists.txt

保存退出，此时还需为python文件添加执行权限

cd scripts

chmod +x listener.py

chmod +x talker.py

回到catkin工作空间，然后运行catkin_make：

cd ~/catkin_ws

catkin_make

此时，即可运行，首先运行roscore，然后到scripts目录下分别执行

rosrun test talker.py

rosrun test listener.py

此时发送与接收的消息为当前的系统时间。

动手实现6：

当话题通信时，使用学习的命令，查看话题的信息，比如rosnode、rostopic、rosservice。

动手实现7：

模仿话题通信方式，实现服务通信过程。

实现目标：用C++编写服务和客户端节点。接收两个整数，并返回它们的和。

（1）创建beginner_tutorials包：

catkin_create_pkg beginner_tutorials std_msgs rospy roscpp

将当前目录切换到之前创建的beginner_tutorials包中：

roscd beginner_tutorials

（2）创建srv

srv（服务）：一个srv文件描述一个服务。它由两部分组成：请求（request）和响应（response）。srv文件则存放在srv目录下

用之前创建的包再来创建服务：mkdir srv

从rospy_tutorials包中复制一个服务：

roscp rospy_tutorials AddTwoInts.srv srv/AddTwoInts.srv

打开package.xml，取消以下两行的注释。

<build_depend>message_generation</build_depend> <exec_depend>message_runtime</exec_depend>

在CMakeLists.txt文件中，直接将message_generation添加到COMPONENTS列表中即可，如下所示：

此外，在CMakeLists.txt文件中，修改服务字段，因此请看上面描述的所需附加依赖项。删除#符号来取消注释，然后将Service*.srv替换为你的.srv文件名，就像下边这样：

（3）使用rossrv

通过rossrv show命令看看ROS能否识别它。

rossrv show beginner_tutorials/AddTwoInts

（4）msg和srv的一般步骤

取消注释，然后添加任意消息用到的包含.msg文件的软件包（本例中为std_msgs），如下所示：

已经创建了一些新消息，所以需要重新make一下软件包： catkin_make

（5）编写服务节点

创建简单的服务（Service）节点add_two_ints_server，该节点将接收两个整数，并返回它们的和。

在beginner_tutorials包中创建src/add_two_ints_server.cpp文件并粘贴以下内容进去：

（6）编写客户端节点

在beginner_tutorials包中创建src/add_two_ints_client.cpp文件并粘贴以下内容进去：

（7）构建节点

再来编辑一下beginner_tutorials里面的CMakeLists.txt文件，文件位于~/catkin_ws/src/beginner_tutorials/CMakeLists.txt，并将下面的代码添加在文件末尾：

在catkin工作空间下

cd ~/catkin_ws

catkin_make

（8）检验简单的服务和客户端

运行服务

rosrun beginner_tutorials add_two_ints_server

运行客户端(并附带必要的参数：)

rosrun beginner_tutorials add_two_ints_client 1 3