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前言

ROS在Ubuntu的基础上实现了一套机器人操作系统框架。ROS并非是像Linux那样的操作系统，它只是连接了操作系统和你开发的ROS应用程序，所以它也算是一个中间件，基于ROS的应用程序之间建立起了沟通的桥梁，所以也是运行在Linux上的运行时环境，在这个环境上，机器人的感知、决策、控制算法可以更好的组织和运行。

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一、认识ROS提供的命令行工具

启动一个节点，ros中一个节点就是一个可执行文件
ros2 run <package_name> <executable_name>

nodes

实际就是一个进程
ros2 node list
ros2 node info <node_name> # 查看节点的通讯方式pub-sub, cli-serv, action, 及其数据类型

topics

DDS中的topic

每种topic都有ROS内置的topic_type，这里（https://docs.ros.org/en/humble/Concepts/Basic/About-Interfaces.html）说明了如何定义ROS支持的数据类型。

ros2 topic list
ros2 topic list -t  # 查看所有topic及其类型
ros2 topic echo <topic_name>  # 打印topic数据
ros2 topic info <topic_name>  # 显示topic的type，pub num and sub num
ros2 interface show <msg_type> # 显示接口信息
ros2 topic pub <topic_name> <msg_type> '<args>'
ros2 topic hz <topic_name>  # 频率

services

ROS2 的 client-serve 通讯模式，类似HTTP/TCP/IP一样

ros2 service list
ros2 service list -t
ros2 service type <service_name>  # node info <node_name>看的更全
ros2 service find <type_name>     # 查看使用该type的name
ros2 interface show <type_name>   # 显示接口信息
ros2 service call <service_name> <service_type> <arguments> # 向某个服务发送请求

parameters

节点配置信息，可以是环境变量

ros2 param list
ros2 param get <node_name> <parameter_name> 
ros2 param set <node_name> <parameter_name> <value>
ros2 param dump <node_name>                   # 转存节点配置文件
ros2 param load <node_name> <parameter_file>  # 加载配置文件
ros2 run <package_name> <executable_name> --ros-args --params-file <file_name>  #启动时加载指定的配置文件(inclue read-only)

actions

Actions是ROS2中的通讯类型之一，用于长时间运行的任务。它们由三部分组成：目标、反馈和结果。
Actions建立在topics和services之上。它们的功能与服务类似，只是可以取消操作。它们还提供稳定的反馈，而不是返回单个相应的服务。
Actions使用client-server模型，“action client”节点将目标发送到“action serve”节点，该节点确认目标并返回反馈流和结果。

【客户端的第二次请求似乎有些多余？示例代码看上去像是：client发送请求，serv返回相应，serv返回feedback，最后serv返回result】

ros2 action list
rso2 action list -t
ros2 action info <action_name>
ros2 interface show <action_type>
ros2 action send_goal <action_name> <action_type> <values>
ros2 action send_goal /turtle1/rotate_absolute  trutlesim/action/RotateAbsolute "{theta: -1.5}" --feedback

rqt_console, rqt_graph

rqt_console可看日志
rqt_graph可看所有topic

批量启动多个节点

ros2 launch turtlesim multisim.launch.py

recorde and play

rosbag录制与回放

ros2 bag record <topic_name>
ros2 bag record -o <user_dir> <topic1> [topic2 topic3]
ros2 bag record -a  # 记录所有topic
ros2 bag info <bag_file_name>
ros2 bag play <bag_file_name>

c++基础pub-sub

1. 利用ros提供的工具在~/ros2_ws目录下创建package
   cd ~/ro2_ws/src && ros2 pkg create --build-type ament_cmake --license Apache-2.0 cpp_pub_sub --dependencies rclcpp [example_interfaces]
2. 在生成的src目录下添加源文件publisher.cpp和subscriber.cpp
   https://raw.githubusercontent.com/ros2/examples/humble/rclcpp/topics/minimal_publisher/member_function.cpp
   https://raw.githubusercontent.com/ros2/examples/humble/rclcpp/topics/minimal_subscriber/member_function.cpp
3. 修改CMakeLists.txt文件和package.xml文件
   由于在第1步指明了rclcpp依赖所以cma和xml文件应该已经有了该依赖，只需将其他的依赖添加进去即可

   find_package(std_msgs REQUIRED)
   
   add_executable(publisher src/publisher.cpp)
   ament_target_dependencies(publisher rclcpp std_msgs)
   add_executable(subscriber src/subscriber.cpp)
   ament_target_dependencies(subscriber rclcpp std_msgs)
   
   install(TARGETS
     subscriber
     publisher
     DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})
   

   <depend>std_msgs</depend>
   

4. colcon编译，安装，运行

   cd ~/ro2_ws
   colcon build
   source install/setup.bash
   ros2 run cpp_pub_sub subscriber &
   ros2 run cpp_pub_sub publisher
   

1.5 ROS2和fastdds

https://fast-dds.docs.eprosima.com/en/stable/fastdds/ros2/ros2.html

ros2与Fast-DDS之间的接口：https://github.com/ros2/rmw_fastrtps。 ROS 2只允许配置部分QoS策略，而rmw_fastrtps提供了扩展的配置功能，以充分利用Fast DDS中的功能。

设置环境变量

export RMW_IMPLEMENTATION=rmw_fastrtps_cpp

1 改变订阅模式

ROS2 的rmw_fastrtps默认使用异步发布方式。通过环境变量RMW_FASTRTPS_PUBLICATION_MODE改变模式

• ASYNCHRONOUS: 异步发布模式。当发布者调用write操作时，数据先拷贝到队列，后台线程（异步线程）收到队列添加通知。并且在实际发送数据之前将线程的控制权返回给用户。后台线程负责使用队列并将数据发送给每个匹配的读取器。
• SYNCHRONOUS:同步订阅模式，数据由用户线程直接发送，这意味着在写操作期间发生的任何阻塞调用都会阻塞用户线程，从而阻止应用程序继续其操作。值得注意的是，这种模式通常会在较低的延迟下产生更高的吞吐率，因为线程之间既没有通知也没有上下文切换。
• AUTO: 让Fast DDS选择发布模式。这意味着使用XML文件中设置的发布模式，或者使用Fast DDS中设置的默认值(FastDDS默认为SYNCHRONOUS)

除了ROS 2的QOS策略外，rmw_fastrtps还提供了两个额外的配置项：

rmw_fastrtps提供的额外配置参数	描述	ROS2 中的默认值
MemoryManagementPolicy	Fast DDS为发布者和订阅者的历史记录预分配的内存。当这些历史记录填满时，会进行重新分配以保留更多内存	PREALLOCATED_WITH_REALLOC_MEMORY_MODE
PublishModeQosPolicy	数据是异步发送还是同步发送	ASYNCHRONOUS_PUBLISH_MODE

2 xml配置

在ROS2应用中使用FastDDS的某种特性，XML配置文件能够提供广泛的QOS策略配置支持。

• 如果rmw_QoS_profile_t(c++ object)中的任何QoS设置为*_SYSTEM_DEFAULT(c++value)以外的值，则XML中的相应值将被忽略。
• 默认情况下，rmw_fastrtps会覆盖MemoryManagementPolicy和PublishModeQosPolicy的值。这意味着XML中为这两个参数配置的值将被忽略。这两个值会默认重写为：PREALLOCATED_WITH_READLLOC_MEMORY_MODE和ASYNCRONOS_PUBLISH_MODE。
• 通过将环境变量RMW_FASTPS_USE_QOS_FROM_XML设置为1（其默认值为0），可以避免重写MemoryManagementPolicy和PublishModeQosPolicy。这将使rmw_fastrtps使用XML中为MemoryManagementPolicy和PublishModeQosPolicy定义的值。请记住，在XML中设置此环境变量而不设置这些策略会导致使用Fast DDS中的默认值。这些值与前面提到的rmw_fastrtps默认值不同（请参阅MemoryManagementPolicy和PublishModeQosPolicy）。
• 设置RMW_FASTRTPS_USE_QOS_FROM_XML(环境变量)生效会覆盖任何对RMW_FASTRTPS_PUBLICATION_MODE的任何配置，使用xml的配置，如果xml每配置该项，则使用fastDDS的默认值

1. fastdds默认值
2. rmw_fastrtps默认值
3. 环境变量
4. xml
5. RMW_FASTRTPS_USE_QOS_FROM_XML=<0/1>

真的乱

3 指定xml位置

使用环境变量

export FASTRTPS_DEFAULT_PROFILES_FILE=<path_to_xml_file>
export RMW_FASTRTPS_USE_QOS_FROM_XML=1
ros2 run <package> <application>

可替代的方法：将 XML 文件放在运行的应用程序目录下，并命名为 DEFAULT_FASTRTPS_PROFILES.xml。

4 talker/listener通过发现服务器发送topic

如果过安装了ros2或者fastrtps会有一个Python脚本：fastdds
该工具可用于启动 fastdds的发现服务器

# 查看帮助
fastdds discovery -h 

让ros node通过发现服务器通讯需要设置环境变量

export ROS_DISCOVERY_SERVER=127.0.0.1:11811

5 ros2 检视

如果设置了ROS_DISCOVERY_SERVER，ros2 topic list -t 命令不会打印出相应的topic，需要以SUPER_CLIENT模式连接到发现服务器

下面的xml配置使得每个新的participant都作为SUPER_CLIENT
super_client_configuration_file.xml

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<dds>
    <profiles xmlns="http://www.eprosima.com/XMLSchemas/fastRTPS_Profiles">
        <participant profile_name="super_client_profile" is_default_profile="true">
            <rtps>
                <builtin>
                    <discovery_config>
                        <discoveryProtocol>SUPER_CLIENT</discoveryProtocol>
                        <discoveryServersList>
                            <RemoteServer prefix="44.53.00.5f.45.50.52.4f.53.49.4d.41">
                                <metatrafficUnicastLocatorList>
                                    <locator>
                                        <udpv4>
                                            <address>192.168.31.18</address>
                                            <port>60001</port>
                                        </udpv4>
                                    </locator>
                                </metatrafficUnicastLocatorList>
                            </RemoteServer>
                        </discoveryServersList>
                    </discovery_config>
                </builtin>
            </rtps>
        </participant>
    </profiles>
</dds>

6 远程fastdds程序与ros节点通讯

Fast-DDS & ros2 ros与fastdds通讯

二、安装

一个完整的 ROS 镜像，包含了 ROS 桌面完整版，其中包括了许多常用的工具、库和软件包。

docker pull osrf/ros:humble-desktop-full

ros官方：

Open Source Robotics Foundation:

三、catkin编译系统

catkin工作空间

tree参看5.

四、colcon构建系统

Linux version 6.5.0-27-generic (x86_64-linux-gnu-gcc-12 (Ubuntu 12.3.0-1ubuntu1~22.04) 12.3.0
Docker version 24.0.2, build cb74dfc
osrf/ros humble-desktop-full imageid:26438fe1f0c9
git clone https://github.com/ros2/examples src/examples -b humble
colcon build --symlink-install 在以上环境下，运行该命令系统死机

目录结构：
current_workspace:
build
install
log
src
package1
package2
…

colcon build  # 构建当前目录current_workspace下的所有package
colcon test
source install/setup.bash  # 构建好的包添加进环境变量
colcon_cd <some_ros_pacakge>  # 切换到某个包的目录

• cd ~/ros2_ws/src
• ros2 pkg create --build-type ament_cmake --license Apache-2.0 <pacakge_name> # 创建包的标准流程
• ros2 pkg create --build-type ament_cmake --license Apache-2.0 --node-name my_node <pacakge_name>
• colcon build --packages-select <my_package>
• rosdep install -i --from-path src --rosdistro humble -y # 检查依赖
• ros2 pkg create --build-type ament_cmake --license Apache-2.0 <pacakge_name> --dependencies rclcpp example_interfaces

五、c++发布ROS包

1. 创建ROS工作空间
   首先，创建一个ROS工作空间，用于存放ROS包和节点

   mkdir -p ~/catkin_ws/src
   # 在~/catkin_ws/src目录下创建一个CMakeLists软连接
   # 后面调用catkin编译的时候用？
   cd ~/catkin_ws/src
   catkin_init_workspace
   

2. 创建ROS包：
   在刚刚创建的src目录下创建一个ROS包

   cd ~/catkin_ws/src
   catkin_create_pkg my_package roscpp std_msgs
   

   这将创建一个名为"my_package"的包，并添加了roscpp和std_msgs作为依赖项。可以根据需要添加其他依赖项。
   
   ~/catkin_ws/src目录下的内容，用户代码应该放入src目录下，白色的CMakeLists.txt是需要调整的内容

3. 在上图中显示的src目录下添加源代码文件

   #include "ros/ros.h"
   #include "std_msgs/String.h"
   
   int main(int argc, char**argv)
   {
     ros::init(argc, argv, "talker");
     ros::NodeHandle n;
     ros::Publisher chat = n.advertise<std_msgs::String>("this_is_topic", 1000);
     ros::Rate loop_rate(10);  // taking into account the calcu time, better than only sleep
     int count = 0;
     while(ros::ok())
     {
       std_msgs::String msg;
       msg.data.insert(0, "agc", 3);
       for (int i = 0; i < msg.data.size(); ++i)
       {
         ROS_INFO("%d", msg.data[i]);
       }
       chat.publish(msg);  // send data
       ros::spinOnce();
       loop_rate.sleep();
       ++count;
     }
     return 0;
   }
   

4. 修改白色的CMakeLists.txt
   修改
   #############
   ## Install ##
   #############
   后的内容，使项目能正常编译
   注意target_link_libraries和add_executable

5. 构建和运行节点
   在~/catkin_ws（工作空间根目录）下运行
   catkin_make
   构建成功后运行：(首先要启动roscore服务)
   source devel/setup.bash
   rosrun my_package 可执行文件名称
   

- 参数

- 源码编译安装需要的ros humble的模块 [从ament_cmake开始]

1. Python ament_package 模块安装

项目地址：https://github.com/ament/ament_package
项目简介：
  包含一个单一的ament Python包，提供了查找和解析package.xml文件的API。

该项目为Python ament_package模块源码，其中包含setup.py文件。

python3 setup.py --help  # 查看帮助
python3 setup.py install
# or
python3 setup.py build # 将模块安装到build目录下，然后再添加

将特定目录(安装的Python模块)添加到 Python 搜索路径的方法：

1.
import sys
sys.path.append("/path/to/acllite")
2.
export PYTHONPATH="$PYTHONPATH:/path/to/lib"

https://blog.csdn.net/Johnor/article/details/135206782

2. ament_cmake安装

https://github.com/ament/ament_cmake/tree/humble
项目简介：
  Ament CMake 是一个用于构建 ROS 2 软件包的工具，它基于 CMake 构建系统，提供了一系列 CMake 宏和函数用于声明依赖项、安装目标文件等，简化了 ROS 2 软件包的构建过程。

依赖：

• cmake
• python3
• pip (用于安装Python模块)
• python的catkin_pkg模块
• Python的ament_package模块(地址：https://github.com/ament/ament_package, 步骤1中安装)

相关参考：
https://blog.csdn.net/amuro_ray027/article/details/120201983
https://blog.csdn.net/weixin_34024034/article/details/91800653

1. cmake ament_cmake_core
   为ament提供所有内置的核心概念，例如环境钩子、资源索引、符号链接安装等
   运行cmake [path/cmakelists.txt] 后会生成cmake_install.cmake文件，该文件用于安装cmake的package
   接着运行make install, 将cmake package复制到/usr/local/share/ament_index/ 和/usr/local/share/ament_cmake_core
2. ament_cmake_export_dependencies
   cmake [cmakelists.txt]; make install
3. ament_cmake
   cmake .. ; make install

根据需要进行安装

如我想安装rosbag2模块，首先需要找到仓库位置https://github.com/ros2/rosbag2，然后切换对应分支。阅读CMakeLists.txt查看该模块需要那些依赖。依次安装依赖

• find_package(ament_cmake REQUIRED)
• find_package(ament_index_cpp REQUIRED)
    https://github.com/ament/ament_index/
• find_package(pluginlib REQUIRED)
• find_package(rclcpp REQUIRED)
• find_package(rcpputils REQUIRED)
• find_package(rcutils REQUIRED)
• find_package(rmw REQUIRED)
• find_package(rmw_implementation REQUIRED)
• find_package(rosbag2_storage REQUIRED)
• find_package(rosidl_runtime_c REQUIRED)
• find_package(rosidl_runtime_cpp REQUIRED)
• find_package(rosidl_typesupport_cpp REQUIRED)
• find_package(rosidl_typesupport_introspection_cpp REQUIRED)

Ubuntu系统源码安装ros:
http://fishros.org/doc/ros2/humble/Installation/Alternatives/Ubuntu-Development-Setup.html

# rosdep init just fetches that file and writes it into /etc/ros/rosdep/sources.list.d/20-default.list
sudo rosdep init # https://github.com/ros/rosdistro/issues/9721

参考

中国大学MOOC—《机器人操作系统入门》课程讲义

https://docs.ros.org/en/humble/index.html

https://docs.ros2.org/bouncy/api/rclcpp/index.html

http://fishros.org/doc/ros2/humble/index.html

ros2依赖
https://raw.githubusercontent.com/ros2/ros2/release-latest/ros2.repos

ros2bag
https://github.com/ros2/rosbag2