1 ROS核心概念

1.1 节点（Node）

（1）执行具体任务的进程、独立运行的可执行文件

（2）不同节点可以使用不同的语言，可分布式运行在不同的主机

（3）节点在系统中的名称必须是唯一的

1.2 节点管理器（ROS Master）

（1）为节点提供命名和注册服务

（2）跟踪和记录话题/服务通信，辅助节点相互查找、建立连接

（3）提供参数服务器，节点使用此服务器存储和检索运行时的参数

1.3话题（Topic）异步通信机制

（1）节点间用来传输数据的重要总线

（2）使用发布/订阅模型，数据由发布者传输到订阅者，同一个话题的订阅者或发布者可以不唯一

1.4消息（Message）话题数据

（1）具有一定的类型和数据结构，包括ROS提供的标准类型和用户自定义类型

（2）使用编程语言无关的.msg文件定义，编译过程中生成对应的代码文件

1.5服务（Service）同步通信机制

（1）使用客户端/服务器（C/S）模型，客户端发送请求数据，服务端完成处理后返回应答数据

（2）使用编程语言无关的.srv文件定义请求和应答数据结构，编译过程中生成对应的代码文件

1.6 参数（Parameter）全局共享字典

（1）可通过网络访问的共享、多变量字典

（2）字节使用此服务器来存储和检索运行时的参数

（3）适合存储静态、非二进制的配置参数，不适合存储动态配置的数据

2 ROS命令行工具

2.1 小海龟

启动ROS Master

roscore

启动小海龟仿真器

rosrun turtlesim turtlesim_node

启动海归控制节点

rosrun turtlesim turtle_teleop_key

2.2 rqt基于qt的可视化工具

rqt_graph

回车之后出现以下窗口，是以图形显示节点和消息之间的相关关系的工具

2.3 rosnode

2.3.1查看某一个节点的ping值

rosnode ping /节点名称

2.3.2将系统中所有的节点都列出来

rosnode list

2.3.3查看某一个节点的具体信息

rosnode info /节点名称

2.3.4查看运行的机器名称

rosnode machine

2.3.5杀死ros节点

rosnode kill

2.4 rostopic

2.4.1打印系统中所有的话题列表

rostopic list

2.4.2发布数据给某一个topic

rostopic pub /话题名 /话题消息类型

例如小海龟

输入

rostopic pub /turtle1/cmd_vel 按下tab 按下tab

出现以下情况，即可设置小海龟的速度和角度

 在速度x方向改为1之后，海归会前行一段距离即停下，因为执行后默认运行一次，此时需要在pub后加上-r +频率，例如加上-r 10  即以10Hz的频率执行，1s发布10次1m/s的指令

rostopic pub -r 10 /turtle1/cmd_vel 按下tab 按下tab

2.5 rosmsg

查看数据结构，例如查看上一个小海龟的数据结构，show后边的是上边按两次tab出来的

rosmsg show geometru_msgs/Twist

2.6 rosservice

2.6.1 查看所有service的内容

rosservice list

2.6.2产生新的内容

例如小海龟中产生新的海归

rosservice call /spawn Tab

然后更改x、y和名称

2.7 rosbag

记录ros中所有内容并保存下来

rosbag record -a -O cmd_record

话题复现

rosbag play cmd_record.bag

3 工作空间与功能包

3.1 工作空间

工作空间（workspace）是一个存放工程开发相关文件的文件夹

src：代码空间（Source Space）

build：编译空间（Build Space）

devel：开发空间（Development Space）

install：安装空间（Install Space）

3.2 建立过程

3.2.1创建工作空间

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

3.2.2编译工作空间

cd ~/catkin_ws/
catkin_make

3.2.3产生install文件

catkin_make install

3.2.4设置环境变量

source devel/setup.bash

3.2.5检查环境变量

echo $ROS_PACKAGE_PATH

3.3 创建功能包

3.3.1创建功能包

catkin_create_pkg <package name> [depend1] [depend2] [depend3]

cd ~/catkin_ws/src
catkin_create_pkg test_pkg std_msgs rospy roscpp

3.3.2编译功能包

cd ~/catkin_ws
catkin_make
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

4 发布者Publisher编程实现

通过编程使海龟动起来

4.1创建一个功能包并编译

cd ~/catkin_ws/src
catkin_create_pkg learning_topic roscpp rospy std_msgs geometry_msgs turtlesim.
cd ..
catkin_make

4.2 如何实现一个发布者

（1）初始化ROS节点

（2）向ROS Master注册节点信息，包括发布的话题名和话题中的消息类型

（3）创建消息数据

（4）按照一定的频率循环发布信息

4.3代码实现

在创建的功能包learning_topic功能包中的src中创建一个cpp文件velocity_publisher.cpp

/**
 * 该例程将发布turtle1/cmd_vel话题，消息类型geometry_msgs::Twist
 */
 
#include <ros/ros.h>
#include <geometry_msgs/Twist.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    // ROS节点初始化
    ros::init(argc, argv, "velocity_publisher");

    // 创建节点句柄
    ros::NodeHandle n;

    // 创建一个Publisher，发布名为/turtle1/cmd_vel的topic，消息类型为geometry_msgs::Twist，队列长度10
    ros::Publisher turtle_vel_pub = n.advertise<geometry_msgs::Twist>("/turtle1/cmd_vel", 10);

    // 设置循环的频率
    ros::Rate loop_rate(10);

    int count = 0;
    while (ros::ok())
    {
        // 初始化geometry_msgs::Twist类型的消息
        geometry_msgs::Twist vel_msg;
        vel_msg.linear.x = 0.5;
        vel_msg.angular.z = 0.2;

        // 发布消息
        turtle_vel_pub.publish(vel_msg);
        ROS_INFO("Publsh turtle velocity command[%0.2f m/s, %0.2f rad/s]", 
                vel_msg.linear.x, vel_msg.angular.z);

        // 按照循环频率延时
        loop_rate.sleep();
    }

    return 0;
}

添加CMakeLists.txt中编译规则

add_executable(velocity_publisher src/velocity_publisher.cpp)
target_link_libraries(velocity_publisher ${catkin_LIBRARIES})

add_executable：将第二个位置的文件编译成第一个可执行文件

target_link_libraries：将ROS的可执行文件与ROS的库进行链接

编译并运行发布者

cd ~/catkin_ws
catkin_make
source devel/setup.bash
roscore

rosrun turtlesim turtlesim_node

source devel/setup.bash
rosrun learning_topic velocity_publisher

5 订阅者Subscriber编程实现

使用订阅者定位海龟的位置信息

 5.1 如何实现一个订阅者

（1）初始化ROS节点

（2）订阅需要的话题

（3）循环等待话题消息，接收到消息后进入回调函数

（4）在回调函数中完成消息处理

5.2 代码实现

/**
 * 该例程将订阅/turtle1/pose话题，消息类型turtlesim::Pose
 */
 
#include <ros/ros.h>
#include "turtlesim/Pose.h"

// 接收到订阅的消息后，会进入消息回调函数
void poseCallback(const turtlesim::Pose::ConstPtr& msg)
{
    // 将接收到的消息打印出来
    ROS_INFO("Turtle pose: x:%0.6f, y:%0.6f", msg->x, msg->y);
}

int main(int argc, char **argv)
{
    // 初始化ROS节点
    ros::init(argc, argv, "pose_subscriber");

    // 创建节点句柄
    ros::NodeHandle n;

    // 创建一个Subscriber，订阅名为/turtle1/pose的topic，注册回调函数poseCallback
    ros::Subscriber pose_sub = n.subscribe("/turtle1/pose", 10, poseCallback);

    // 循环等待回调函数
    ros::spin();

    return 0;
}

 添加CMakeLists.txt中编译规则

add_executable(pose_subscriber src/pose_subscriber.cpp)
target_link_libraries(pose_subscriber ${catkin_LIBRARIES})

add_executable：将第二个位置的文件编译成第一个可执行文件

target_link_libraries：将ROS的可执行文件与ROS的库进行链接

编译并运行发布者

cd ~/catkin_ws
catkin_make
source devel/setup.bash
roscore

rosrun turtlesim turtlesim_node

source devel/setup.bash
rosrun learning_topic pose_subscriber