0 专栏介绍

本专栏旨在通过对ROS2的系统学习，掌握ROS2底层基本分布式原理，并具有机器人建模和应用ROS2进行实际项目的开发和调试的工程能力。

🚀详情：《ROS2从入门到精通》

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1 ROS2核心架构

ROS2工程的核心架构如图所示

其中的核心概念阐述如下：

1.1 工作空间

工作空间是存放工程开发文件的地方，可能包含多个功能包，其中又细分为四个子空间：

• 源码空间src：源码空间包含了功能包源代码
• 编译空间build：编译空间存放编译源码空间产生的缓存信息和中间文件
• 日志空间log：日志空间存放各种警告、错误、信息等日志；
• 安装空间install：安装空间存放开发完毕并通过测试的构建目标，如可执行文件和脚本。

工作空间的名称可以自己定义，数量也并不唯一

1.2 功能包

功能包是ROS的基本功能单元，可能包含多个节点，其中包含工程文件主体

• CMakeLists.txt(用于C++功能包)：配置编译规则，比如源文件、依赖项、链接库，注意这里使用ament而非ROS1中的catkin。ament基于CMake构建系统，开发者可以方便地管理依赖关系、编译选项、安装目标等

  cmake_minimum_required(VERSION 3.8)
  project(node_lab)
  
  if(CMAKE_COMPILER_IS_GNUCXX OR CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "Clang")
    add_compile_options(-Wall -Wextra -Wpedantic)
  endif()
  
  # find dependencies
  find_package(ament_cmake REQUIRED)
  find_package(rclcpp REQUIRED)
  
  add_executable(node_helloworld_class src/node_helloworld_class.cpp)
  ament_target_dependencies(node_helloworld_class rclcpp)
  
  install(TARGETS
    node_helloworld_class
    DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})
  
  ament_package()
  

• package.xml(用于C++与Python功能包)：包信息，比如包名、版本、作者

  <?xml version="1.0"?>
  <?xml-model href="http://download.ros.org/schema/package_format3.xsd" schematypens="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"?>
  <package format="1">
    <name>node_lab</name>
    <version>0.0.0</version>
    <description>TODO: Package description</description>
    <maintainer email="winter@winter.com">winter</maintainer>
    <license>TODO: License declaration</license>
  
    <buildtool_depend>ament_cmake</buildtool_depend>
    <test_depend>ament_lint_auto</test_depend>
    <test_depend>ament_lint_common</test_depend>
  
    <export>
      <build_type>ament_cmake</build_type>
    </export>
  </package>
  

• setup.py(用于Python功能包)：包含版权信息，并配置程序入口

  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']),
          (os.path.join('share', package_name, 'launch'), glob(os.path.join('launch', '*.launch.py'))),
          (os.path.join('share', package_name, 'config'), glob(os.path.join('config', '*.*'))),
          (os.path.join('share', package_name, 'rviz'), glob(os.path.join('rviz', '*.*'))),
      ],
      install_requires=['setuptools'],
      zip_safe=True,
      maintainer='winter',
      maintainer_email='winter@winter.com',
      description='TODO: Package description',
      license='TODO: License declaration',
      tests_require=['pytest'],
      entry_points={
          'console_scripts': [
          ],
      },
  )
  

• scripts：存储脚本文件，例如python源码或.sh脚本

• src： 存储C++源文件

• include：存储.h头文件

• launch：存储启动文件，可一次性运行多个节点

• config：存储配置信息

• …

其中，package.xml与CMakeLists.txt非常重要，前者作为功能包入口声明依赖关系；后者解析.xml并执行具体的查找依赖、链接库等行为，文件缺失或错误配置都会导致编译失败。

2 ROS2常用指令

2.1 功能包相关

• 查看功能包列表

  ros2 pkg list
  

• 创建一个新的功能包

  ros2 pkg create --build-type ament_cmake package_name
  

• 创建功能包时添加依赖项

  ros2 pkg create --build-type ament_cmake package-name --dependencies [deps]
  

• 编译所有功能包

  colcon build
  

• 编译指定功能包

  colcon build –packages-select package_name
  

2.2 节点运行相关

• 查看所有运行节点

  ros2 node list
  

• 查看某一个节点信息

  ros2 node info node_name
  

• 节点运行方式1

  ros2 run package_name executable_file
  

• 节点运行方式2

  ros2 launch package_name node_launch_file (e.g., .py, .launch)
  

2.3 话题相关

• 查看系统内活跃topic

  ros2 topic list
  

• 查看topic的消息类型

  ros2 topic type topic_name
  

• 显示topic内容

  ros2 topic echo topic_name
  

• 向特定topic发送数据，其中args是实际数据，需要以YAML格式输入

  ros2 topic pub topic_name msg_type 'args' [--once | --rate <num>]
  

  • 例1：发送一次运动指令

    ros2 topic pub --once /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 2.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z: 1.8}}"
    

    其中--once表示发布一个消息然后退出
  • 例2：以10Hz发送运动指令

    ros2 topic pub --rate 10 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 2.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z: 1.8}}"
    

    其中--rate num表示以numHz稳定流发布消息

• 查看发布数据的帧率

  ros2 topic hz topic name
  

2.4 参数相关

• 查看节点的子命名空间和参数

  ros2 param list
  

• 获取当前参数的值

  ros2 param get node_name param_name
  

• 设置参数的值

  ros2 param set node_name param_name value
  

• 存储节点所有参数值到本地的node_name.yaml文件

  ros2 param dump node_name
  

• 存储节点的所有参数值到指定路径

  ros2 param dump node_name --output-dir /path
  

• 导入本地参数文件

  ros2 run package_name executable_name --ros-args --params-file <file_name>
  

2.4 录制包、播放包相关

• 查看bag信息

  ros2 bag info bag_name
  

• 正常播包命令

  ros2 bag play bag_dir_name
  

• 倍速播包命令

  ros2 bag play bag_dir_name -r 2
  

• 循环播包命令

  ros2 bag play bag_dir_name -l
  

• 播放单个topic

  ros2 bag play bag_dir_name --topics /topic_name
  

以上包路径bag_dir_name也可以换成具体的包数据库文件xxx.db3

• 录制特定topic的包

  ros2 bag record topic_name
  

• 录制多个topic的包

  ros2 bag record -o new_bag_name topic1_name topic2_name
  

• 录制所有topic的包

  ros2 bag record -a
  

以上录制完成后会在本地多一个bag_dir_name，其中包含配置.yaml和数据.db3

2.5 服务相关

• 查看服务列表

  ros2 service list		# 加-t可显示服务消息类型
  

• 查看服务的数据类型

  ros2 service type service_name
  

• 查找使用指定数据类型的服务

  ros2 service find type_name
  

• 通过命令行调用服务

  ros2 service call <service_name> <service_type> <args>
  

  例如

  ros2 service call /spawn turtlesim/srv/Spawn “{x: 2, y: 2, theta: 0.2, name: ‘’}”
  

2.6 动作相关

• 列出域内可用的动作列表

  ros2 action list	# 加 -t 可显示动作消息类型
  

• 查看指定action的信息

  ros2 action info action_name
  

• 模拟客户端手动发起动作请求

  ros2 action send_goal <action_name> <type_name> <goal_data> <--feedback>
  

  --feedback指定是否显示反馈信息，例如

  ros2 action send_goal /crossing_acton duckietown_interface/action/Crossing “{speed: 0.2, direction: ‘right’}” --feedback
  

2.7 生命周期相关

• 查看有哪些lifecycle节点

  ros2 lifecycle nodes
  

• 查看lifecycle节点所有可行的转换

  ros2 lifecycle list node_name -a
  

• 获取节点状态

  ros2 lifecycle get node_name
  

• 设置节点状态

  ros2 lifecycle set node_name configure
  

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