机器人操作系统入门_中科院软件所-重德智能机器人联合研究中心_中国大学MOOC(慕课)

可以参考视频学习

目录

.1ROS版本

 .2 ROS架构

.3 ROS与IDE安装

.4 Catkin与工作空间

5.ROS的Package结构

6.ROS的常用指令

7.Metapackage

8.Master和Node

.9 Topic和msg

.10 Service和srv

.11 Parameter Serve

12.Action

13.Gazebo

14.RViz

15.Rqt

16.Rosbag

 17.Client Library

References：

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.1ROS版本

 .2 ROS架构

ROS可以看作是一种中间件，沟通了自己写的代码和真正的操作系统(如Linux)。ROS由四部分组成：框架+工具+功能+社区。

 ROS中的节点(Node)=电脑中的进程或可执行文件。ROS是一个模块化、分布式的架构，自带了进程管理和通信的相关功能。因此在开发的时候无需自己考虑进程的并行运行、协同调度等问题，简化了开发。

.3 ROS与IDE安装

关于ROS的安装，基本上直接按照官网安装流程(中文)安装即可，不难。安装完成后终端输入roscore，如果无报错说明安装成功。

推荐IDE：RoboWare Studio，官网是这里，但现在貌似上不去了。Github项目主页是这里，基于VS Code开发。官网打不开的话可以去Github下载deb包自己安装，点击这里去Github下载。

.4 Catkin与工作空间

Catkin(中文意思为柳絮))是ROS定制的编译构建系统，是对CMake的扩展。Catkin Workspace则是组织和管理package的文件夹，组织结构如下所示。

src是实际写代码的地方，可以放多个package，如下，其它是系统自动生成的。 

 package是Catkin编译的基本单元。

catkin_make用于初始化创建空间以及编译项目(常用)，基本操作命令如下。

• 初始化工作空间时，工作空间根目录下必须要有src文件夹，否则会提示没有src文件夹，新建不了。

在编译时注意两点：

1. 一是要在工作空间的根目录下catkin_make，不然会报错；
2. 二是catkin_make之后记得source一下catkin_ws/devel/setup.bash，否则可能会提示找不到可执行文件。 

建立工作空间可能会遇到如下问题。

提示找不到包，这时候pip install catkin_pkg安装一下就好了。建好的工作空间终端输出如下。

5.ROS的Package结构

中文可叫做功能包，是ROS软件的基本组织形式，是Catkin的基本编译单元。一个package可以包含多个可执行文件(节点)。Package的完整结构如下：

• CMakeLists.txt(必须):规定Catkin的编译规则
• package.xml(必须):自我描述，定义package的属性信息，如包名、版本、作者等。一般只需要改<build_depend>和<run_depend>就可以了。
• scripts:用于存放一些shell或python脚本
• include:源代码的头文件
• src:源代码，如cpp文件、py文件等
• msg:自定义消息格式，*.msg
• srv:自定义服务，*.srv
• action：自定义动作，*.action
• config:参数、设置文件等，如*.yaml
• launch:启动规则文件，*.launch，配合roslaunch命令可以一次运行多个可执行文件

6.ROS的常用指令

常用依赖：roscpp、rospy、std_msg、nav_msg等。直接在catkin_create_pkg时在包名后面空格加上即可。

全新新建工作空间终端代码：

mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd catkin_ws
catkin_make

接着在工作空间中新建package：

catkin_create_pkg test roscpp rospy std_msg

这样便建好了一个包。

而对于从Github上clone或下载下来的代码，在建好了工作空间后，可以按照如下方式安装。

cd ~/catkin_ws/src
git clone https://github.com/DroidAITech/ROS-Academy-for-Beginners.git
cd ~/catkin_ws
rosdep install --from-paths src --ignore-src --rosdistro=kinetic -y
catkin_make
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

需要注意的是下载的代码需要放到工作空间的src文件夹下，

第二是需要在工作空间根目录下安装包所需的依赖以及CatkinMake。最后别忘了source一下。

当然如果嫌麻烦也可以将最后一行添加到~/.bashrc中，在终端中输入echo "source ~/catkin_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc即可。这样每次CatkinMake后，重新打开终端即可。

注意：

最好不要CatkinMake后直接就运行。因为在打开终端时会载入~/.bashrc的内容，但这个时候你还没有CatkinMake，所以你载入的其实是上一次CatkinMake后的结果。当然如果说你的package项目不是第一次编译、名称也没有改变，那么setup.bash中的内容也就没有变，这样CatkinMake前载入也是可以的。

7.Metapackage

可以翻译为“元包”或“虚包”，其本身没有什么内容，只包含有package必备的CMakeLists.txt和package.xml。但它依赖了其它包(在package.xml中指定)，通过这种方式将多个包组合起来。这样做的好处就是在安装的时候就不需要一个个安装，而只安装一个metapackage就可以了。ROS中常见的Metapackage如下：

8.Master和Node

在ROS中，所有的Node都是通过Master管理的，因此如果想启动一个Node，必须先要启动Master(roscore)然后再启动节点(rosrun)。

话题通信中

发布者和订阅者都需要一个节点

（可以理解为连接master的一个端口，通信的话需要给一个端口进行通信） 

Master:节点管理器。每个node启动的时候都要向master注册，管理node之间的通信。启动Master的命令是roscore，启动master的同时也会顺带启动rosout(日志输出)和parameter server(参数服务器)。

Node:ROS的进程，package里的可执行文件运行的示例，一般以功能划分。启动Node的命令是rosun [pkg_name] [node_name](必须先启动好master)；也可以以launch文件的方式启动：roslaunch [pkg_name] [*.launch](自动判断master是否运行，没有的话自动启动)，这样可以一次启动多个node。rosnode命令则用于查看和管理node，常用功能如下。

实际项目中，一般将用于启动机器人的包命名成name_bringup，这样在终端输入roslaunch name_bringup name.launch就可以启动机器人了

.9 Topic和msg

 Topic:ROS中的异步通信方式，可以看作是一个“频道”，Node之间通过publish-subscribe机制通信，如下所示。

一个Topic可以被多个Node订阅，一个Node也可以发布多个Topic，同时一个Topic也可以由多个Node发送，是一种多对多的关系。Topic在代码层面是字符串。 

Message:Topic内容的数据类型(格式标准)，定义在*.msg文件中。Message可以理解为类，而发布的一条条的信息则是类的对象。基本Message类型如下： 

例如ROS里定义的Image的Message格式如下： 

相关命令：

 

 上图是运动小乌龟的时候echo出来的消息

.10 Service和srv

Service:ROS中的同步通信方式，Node间可以通过request-reply方式通信，如下。相比于Topic的“发了就不再管”或“只管接收”的单向通信，Service更加“有来有回”，所以比较适用于一些修改等场景，返回结果是是否修改成功。 

节点（Node）就是Master分配给运行文件的端口

Topic和Service的对比： 

srv:Service通信的数据格式，定义在*.srv文件中。一个示例srv文件如下。 

 

Service常用命令如下： 

 此外在自定义了Topic或Service后，都需要在package.xml和CMakeLists.txt中修改对应内容，如下。

 

.11 Parameter Serve

参数服务器中存储各种参数的字典(键值对)，可以用命令行、launch文件和node(API)读写。一般将系统中不常改变的参数、设置等放到参数服务器中。可以理解为参数服务器中的参数对于节点是共享的，节点可以读写内容。

命令行修改参数命令rosparam：

launch文件中修改参数：

<param>一般用于单个参数设置，<rosparam>一般用于批量参数设置。

12.Action

 可以理解为升级版的Service。

 Action通信的数据格式定义在*.action中。一个简单的示例如下：

 

13.Gazebo

ROS下的机器人仿真工具，Gazebo基于ODE物理引擎，用于动力学、导航、感知等任务的模拟。官网是这里。直接点击Gazebo的图标即可启动。

14.RViz

全称The Robot Visualization tool，是一个方便监控和调试的可视化工具，其本质上就是将一些订阅得到的数据可视化地显示出来，从而方便调试。在终端中直接输入rviz即可启动(需要先启动Master)。

15.Rqt

可视化工具，显示一些抽象的信息，如rqt_graph用于显示系统的通信架构，rqt_plot用于绘制一些动态参数曲线(如线速度、角速度、IMU数据等)，rqt_console用于查看日志等等。

16.Rosbag

ROS的命令行工具，用于记录和回放数据流。

 

基本使用：

 17.Client Library

Client Library是ROS提供的用于编程的API库，如建立node、发布消息、调用服务等。比较常用的两个是roscpp和rospy。

roscpp常用函数如下:

 rospy常用函数如下:

 

References：

ROS学习笔记1