【古月21讲】ROS入门系列(1)——ROS命令工具的使用及创建工作空间和功能包

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1、运行海龟仿真器证明ROS安装成功

运行海龟仿真器共分为三步,如下:

  1. 启动ROS Master

    roscore
    
  2. 启动小海龟仿真器

    rosrun turtlesim turtlesim_node 
    
  3. 启动海龟控制节点

    rosrun turtlesim turtle_teleop_key 
    

注:这三行代码需要在三个终端中分别输入,若ROS安装成功,则可以通过键盘的方向键控制小海龟的运动。另外需要注意的是,在控制海龟运动时要保证自己在启动海龟控制节点(即第三步)这个终端,否则是无法控制的(自己吃过这个亏)。现把控制海龟运动的结果展示,如下图所示:

picture.image


2、ROS命令行工具的使用

​ 看到这里,那么你的ROS肯定是安装成功了。我们可以通过键盘控制小海龟上下左右的移动了!!!感觉有点神奇,但是不是也存在一些疑惑呢,这几行命令怎么就能控制海龟了呢,ROS系统到底是怎么实现这一个效果的呢?下面就利用一些ROS的命令解释海龟仿真器的具体实现。

​ 首先还是先来介绍一些ROS中相关的一些概念:

  • 节点(Node)——执行单元

    • 执行具体任务的进程、独立运行的可执行文件

    • 不同节点可使用不同的编程语言、可分布式运行在不同的主机上

    • 节点在系统中的名称必须是唯一的

  • 节点管理器(ROS Master)——控制中心

    • 为节点提供命名和注册服务

    • 跟踪和记录话题/服务通信,辅助节点互相查找、建立连接

    • 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

  • 话题(Topic)——异步通信机制

    • 节点间用来传输数据的重要总线

    • 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

  • 消息(Message)——话题数据

    • 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
    • 使用编程语言无关的.msg文件定义,编译过程生成对应的代码文件
  • 服务(Service)——同步通信机制

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

​ 第一次看这些概念肯定不能完全看懂,后面通过一步步的实践慢慢理解!!!下面正式通过一些命令来解释海龟仿真器的实现过程。

  • rqt_graph

picture.image

可以看出现在系统中有两个运行的节点(/teleop_turtle【键盘控制节点】和/turtlesim【仿真器节点】)和一个话题(/turtle1/cmd_vel)。

  • rosnode list 查看节点列表

    这行代码可以查看系统中的节点,运行上述代码结果如下:

    picture.image

    可以看出,运行上述代码后会显示两个和运行rqt_graph一样的节点,但是还多出一个节点,这个节点是默认启动roscore就会存在的,这里可以不予理会。

  • rostopic list 查看话题列表

    这行代码可以查看系统中的话题,运行上述代码结果如下:

    picture.image

    可以看出系统订阅了上图中话题,其中/turtle1/cmd_vel话题就是控制小海龟运动的。之前我们是通过键盘控制海龟运动,现在可以通过发布话题实现小海龟的运动,命令如下:

    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: 1.0" 
    

    上述命令中-r 10表示以每秒10次的频率发布话题,(若无-r 10,则小海龟运动一段距离后就会停下)geometry_msgs/Twist表示消息结构,其后面的内容是具体数据(包括角速度、线速度)。运行上述代码的结果如下:小海龟做圆周运动。

    picture.image

  • rosservice list 查看服务列表

    picture.image

  • rosservice call /spawn "x: 3.0
    y: 3.0
    theta: 0.0
    name: 'turtle2'" 
    

    上述代码发布服务请求,生成一个坐标在(3,3)位置的海龟turtle2,运行结果如下:

    picture.image

产生turtle2后,我们可以再次使用rostopic list 来查看话题列表,会发现话题变多了,同样我们也可以发布话题来控制海龟2的运动。

picture.image

  • rosmsg show +消息类型 显示消息结构

picture.image


3、创建工作空间和功能包

​ 工作空间是一个存放工程开发相关文件的文件夹,其下有四个文件夹,如下:

  • 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)

    创建工作空间步骤

    1. 创建工作空间

      mkdir ~/catkin_ws
      cd catkin_ws
      mkdir src
      cd src
      catkin_init_workspace
      
    2. 编译工作空间

      cd ~/catkin_ws
      catkin_make
      catkin_make install
      
    3. 设置环境变量

      source devel/setup.bash
      

      **注:**若不想每次都设置环境变量,可将下面代码复制到.bashrc文件中,该文件为主目录下的隐藏文件(显示隐藏文件:ctrl+H)

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

      picture.image

    4. 检查环境变量

      echo $ROS_PACKAGE_PATH
      

      picture.image

创建功能包步骤:

  1. 创建功能包

    cd ~/catkin_ws/src
    catkin_create_pkg test_pkg std_msgs rospy roscpp
    //test_pkg为功能包名,std_msgs rospy roscpp为三个依赖
    
  2. 编译功能包

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

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下一篇:ROS入门系列(2)——发布者Publisher、订阅者Subscriber的编程实现+自定义话题消息编程实现

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