ROS操作系統(tǒng)學(xué)習(xí)筆記3

摘要：這篇文章主要介紹ROS常用工具、ROSPY和ROSCPP常用模塊，完全看完三篇文章，可以說(shuō)ROS就基本入門(mén)，可以自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)了。

ROS常用工具

ROS工具的 功能大概有以下幾個(gè)方向：仿真、調(diào)試、可視化。這里主要介紹常用工具作用，如何添加模塊，設(shè)置參數(shù)B站都有視頻，這里不會(huì)有過(guò)多解讀。

gazebo是一種最常用的機(jī)器人仿真工具，模擬器，也是目前獨(dú)立的開(kāi)源機(jī)器人仿真平臺(tái)。gazebo可以進(jìn)行機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)仿真，可以模仿機(jī)器人常用的傳感器（比如激光雷達(dá)、攝像頭、IMU等），也可以加載自定義的環(huán)境和場(chǎng)景。

RViz是可視化工具，是將接收到的信息呈現(xiàn)出來(lái)；rviz和gazebo非常相似，但是gazebo實(shí)現(xiàn)的是仿真，提供一個(gè)虛擬世界，RVIZ實(shí)現(xiàn)的是可視化，呈現(xiàn)接收到的信息。

rqt主要作用和RVIZ一致都是可視化，有了它我們可以直觀的看到消息的通信架構(gòu)和流通路徑；

常用命令：

rqt_graph :顯示通信架構(gòu)

rqt_plot ：繪制曲線

rqt_console ：查看日志

rosbag是一套用于記錄和回放ROS主題的工具，此外還提供代碼API，對(duì)包進(jìn)行操作編寫(xiě)。

常用命令：cheak 確定一個(gè)包是否可以在當(dāng)前系統(tǒng)中進(jìn)行，或者是否可以遷移。decompress 壓縮一個(gè)或多個(gè)包文件。filter 解壓一個(gè)或多個(gè)包文件。fix 在包文件中修復(fù)消息，以便在當(dāng)前系統(tǒng)中播放。help 獲取相關(guān)命令指示幫助信息info 總結(jié)一個(gè)或多個(gè)包文件的內(nèi)容。play 以一種時(shí)間同步的方式回放一個(gè)或多個(gè)包文件的內(nèi)容。record 用指定主題的內(nèi)容記錄一個(gè)包文件。reindex 重新索引一個(gè)或多個(gè)包文件。

rosbridge是一個(gè)用在ROS系統(tǒng)和其他系統(tǒng)之間的一個(gè)功能包,就像是它的名字一樣,起到 一個(gè)"橋梁"的作用,使得ros系統(tǒng)和其他系統(tǒng)能夠進(jìn)行交互.Rosbridge為非ROS程序提供了 一個(gè)JSON API,有許多與Rosbridge進(jìn)行交互的前端，包括一個(gè)用于Web瀏覽器交互的 WebSocket服務(wù)器。Rosbridge_suite是一個(gè)包含Rosbridge的元程序包，用于Rosbridge 的各種前端程序包（如WebSocket程序包）和幫助程序包。

moveit它融合了研究者在運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、操縱、3D感知、運(yùn)動(dòng)學(xué)、控制和導(dǎo)航方面的最新進(jìn)展，為操作 者提供了一個(gè)易于使用的平臺(tái)，使用它可以開(kāi)發(fā)先進(jìn)的機(jī)器人應(yīng)用，也被廣泛應(yīng)用于工業(yè)， 商業(yè)，研發(fā)和其他領(lǐng)域。move結(jié)構(gòu)圖如下：

roscpp代碼演示

ROS為我們機(jī)器人開(kāi)發(fā)者提供了不同語(yǔ)言的 接口，比如roscpp是C++語(yǔ)言ROS接口（目前最廣泛應(yīng)用的ROS客戶(hù)端庫(kù)，執(zhí)行效率高），rospy是python語(yǔ)言的ROS接口（開(kāi)發(fā)效率高，通常用在對(duì)運(yùn)行時(shí)間沒(méi)有太大要求的場(chǎng)合，例如配置、初始化等操作），rosjava是java語(yǔ)言的ROS接口（測(cè)試版本） 我們直接調(diào)用它所 提供的函數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)topic、service等通信功能。

roscpp位于 /opt/ros/kinetic 之下，用C++實(shí)現(xiàn)了ROS通信。在ROS中，C++的代碼是通過(guò) catkin這個(gè)編譯系統(tǒng)（擴(kuò)展的CMake）來(lái)進(jìn)行編譯構(gòu)建的。每一個(gè)node的節(jié)點(diǎn)功能可能不一樣，但是都包含初始化、銷(xiāo)毀、句柄等操作。

• ROS代碼邏輯整體

常見(jiàn)的ros代碼邏輯包含下面的執(zhí)行步驟：

1.調(diào)用ros::init()函數(shù)初始化節(jié)點(diǎn)的名稱(chēng)和其他信息

2.創(chuàng)建ros::NodeHandle對(duì)象，也就是節(jié)點(diǎn)句柄，用于創(chuàng)建Pub、Sub(NodeHandle就是節(jié)點(diǎn)資源的描述，需要借助“把手”才能操作資源)

3調(diào)用ros::shutdown()手動(dòng)關(guān)閉節(jié)點(diǎn)（一般是系統(tǒng)自動(dòng)幫我們完成）。

#include
int main(int argc, char** argv)
{
ros::init(argc, argv, "your_node_name");
ros::NodeHandle nh;
//....節(jié)點(diǎn)功能
//創(chuàng)建話題的publisher
ros::Publisher advertise(const string &topic, uint32_t queue_size, bool latch=false);
//創(chuàng)建話題的subscriber
ros::Subscriber subscribe(const string &topic, uint32_t queue_size, void(*)(M));
//創(chuàng)建服務(wù)的server，提供服務(wù)
ros::ServiceServer advertiseService(const string &service, bool(*srv_func)(Mreq &, Mre
s &));
//創(chuàng)建服務(wù)的client
ros::ServiceClient serviceClient(const string &service_name, bool persistent=false);
//查詢(xún)某個(gè)參數(shù)的值
bool getParam(const string &key, std::string &s);
bool getParam (const std::string &key, double &d) const；
bool getParam (const std::string &key, int &i) const；
//給參數(shù)賦值
void setParam (const std::string &key, const std::string &s) const；
void setParam (const std::string &key, const char *s) const;
void setParam (const std::string &key, int i) const;
//....
ros::spin();//用于觸發(fā)topic、service的響應(yīng)隊(duì)列
return 0;
}

roscpp的主要部分包括：ros::init() : 解析傳入的ROS參數(shù)，創(chuàng)建node第一步需要用到的函數(shù)ros::NodeHandle : 和topic、service、param等交互的公共接口ros::master : 包含從master查詢(xún)信息的函數(shù)ros::this_node：包含查詢(xún)這個(gè)進(jìn)程(node)的函數(shù)ros::service：包含查詢(xún)服務(wù)的函數(shù)****ros::param：包含查詢(xún)參數(shù)服務(wù)器的函數(shù)，而不需要用到NodeHandleros::names：包含處理ROS圖資源名稱(chēng)的函數(shù)

具體可見(jiàn)：http://docs.ros.org/api/roscpp/html/index.html

以上功能可以分為以下幾類(lèi)：Initialization and Shutdown 初始與關(guān)閉Topics 話題Services 服務(wù)Parameter Server 參數(shù)服務(wù)器Timers 定時(shí)器NodeHandles 節(jié)點(diǎn)句柄Callbacks and Spinning 回調(diào)和自旋（或者翻譯叫輪詢(xún)？）Logging 日志Names and Node Information 名稱(chēng)管理Time 時(shí)鐘Exception 異常

• 回調(diào)函數(shù)與spin()方法

  CallBack回調(diào)函數(shù)與ros::spin() 方法需要配合使用，當(dāng)消息傳來(lái)時(shí)，只指定回調(diào)函數(shù)，系統(tǒng)不會(huì)自動(dòng)觸發(fā)，必須要 ros::spin() 或 者 ros::spinOnce() 才能真正使回調(diào)函數(shù)生效。 處理流程：回調(diào)函數(shù)一般作為參數(shù)傳到另外一個(gè)函數(shù)（一般是函數(shù)指針），當(dāng)消息message到達(dá)時(shí)，先會(huì)把消息放到一個(gè)隊(duì)列中，當(dāng)有spin函數(shù)執(zhí)行時(shí)，就會(huì)處理消息隊(duì)列隊(duì)首的信息。spin具體的處理方法可以分成阻塞/非阻塞，單線程/多線程兩種。

  spin方法	阻塞	線程
  ros::spin()	阻塞	單線程
  ros::spinOnce()	非阻塞	單線程
  ros::MultiTreadedSpin()	阻塞	多線程
  ros::AsyncMultiThreadedSpin()	非阻塞	多線程

• ROS節(jié)點(diǎn)編寫(xiě)

  基本流程，首先創(chuàng)建一個(gè)工作空間workplace，然后根據(jù)實(shí)際需要?jiǎng)?chuàng)建相應(yīng)的包package，編寫(xiě)相應(yīng)的需求文件，如源文件;根據(jù)編譯運(yùn)行需要，補(bǔ)充CMakeLists.txt、package.xml相應(yīng)說(shuō)明，如添加依賴(lài)，查找相關(guān)包，運(yùn)行所需要的包，消息類(lèi)型等等。

  mkdir -p xxx_ws   //創(chuàng)建工作空間
  catkin_make     //編譯工作空間
  //打開(kāi).bashrc 設(shè)置xxx_ws工作空間的環(huán)境變量
  catkin_create_pkg xxxx（包） xx(依賴(lài))   //創(chuàng)建包
  

1. 編寫(xiě)一個(gè)talker的node

在工作空間的src/目錄下，第1步，創(chuàng)建一個(gè)talker的包study：$ catkin_create_pkg study roscpp第2步，打開(kāi)vcode（或者其他ide），study/src，創(chuàng)建源文件study_node.cpp,代碼如下：

#include"ros/ros.h"
#include"std_msgs/String.h"
#include
//編寫(xiě)一個(gè)node并發(fā)布出來(lái)
int main(int argc,char **argv){
   ros::init(argc,argv,"study_talker");//定義node的屬性
   ros::NodeHandle n;//ros提供的一個(gè)類(lèi)，可以實(shí)例化publisher,進(jìn)行發(fā)布數(shù)據(jù)
   ros::Publisher study_pub=n.advertise

第3步，設(shè)置CMakeLists.txt&package.xmlCMakeLists.txt：

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
roscpp
std_msgs
)//告訴系統(tǒng)編譯本包時(shí)，需要找到這兩個(gè)包

catkin_package(
# INCLUDE_DIRS include
# LIBRARIES study
CATKIN_DEPENDS roscpp std_msgs
# DEPENDS system_lib
)//聲明依賴(lài)本包同時(shí)需要里面這兩個(gè)ros包

add_executable(${PROJECT_NAME}_node src/study_node.cpp)//編譯本包生成的可執(zhí)行文件

add_dependencies(${PROJECT_NAME}_node ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS} ${catkin_EXPORTED_TARGETS})//鏈接可執(zhí)行文件和依賴(lài)庫(kù)

//一般情況而已，CMakeLists.txt是創(chuàng)建包同時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)生成的，然后，我們需要的工作，一般情況就是把上面基本地方去掉#號(hào)就行了（目的告訴系統(tǒng)，關(guān)于該包，在哪，依賴(lài)是啥）

package.xml：

roscppclass="hljs-name"build_depend>
std_msgsclass="hljs-name"build_depend>
roscppclass="hljs-name"exec_depend>
std_msgsclass="hljs-name"exec_depend>
//主要修改類(lèi)似樣式，當(dāng)然，本例子比較簡(jiǎn)單，系統(tǒng)生成的，不需要做其他修改，但是，如果節(jié)點(diǎn)添加新的依賴(lài)，需要在這些地方添加相應(yīng)的包

第4步，編譯

$ catkin_make  #注意在要做工作空間的一級(jí)目錄下使用該指令

第5步，驗(yàn)證,終端運(yùn)行

$ roscore & #后臺(tái)運(yùn)行一個(gè)ROS master
$ rosrun study study_node & #后臺(tái)運(yùn)行包名+節(jié)點(diǎn)名
$ rostopic list #
/study_topic //表示定義的topic正常發(fā)布
/rosout
/rosout_agg
$ rostopic echo #查看study_topic
data: "hello study world!2360"//表示發(fā)布成功
---
data: "hello study world!2361"

這時(shí)，從零開(kāi)始創(chuàng)建的talker節(jié)點(diǎn)node，成功創(chuàng)建完成

2. 編寫(xiě)一個(gè)listener的node

在工作空間的src/目錄下，第1步，創(chuàng)建一個(gè)listener的包study_listen：

$ catkin_create_pkg study_listen roscpp

第2步，study_listen/src，創(chuàng)建源文件study_listen_node.cpp

#include"ros/ros.h"
#include"std_msgs/String.h"

//創(chuàng)建一個(gè)listener的node
void studyCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg){
   //回調(diào)函數(shù)一定是要求是無(wú)返回類(lèi)型
   ROS_INFO("I can see you again,%s",msg->data.c_str());
}

int main(int argc,char ** argv){
   ros::init(argc,argv,"study_listener");//初始化這么一個(gè)node
   ros::NodeHandle n;//命名空間
   ros::Subscriber sub=n.subscribe("study_topic",10,studyCallback);
   //表示聆聽(tīng)study_topic這個(gè)主題，每次聽(tīng)到就會(huì)啟動(dòng)回調(diào)函數(shù)，這里的10也表示一個(gè)緩沖數(shù)量，多了，前面的會(huì)被是放掉
   //這里一定要注意，聆聽(tīng)的topic一定要和發(fā)布的topic的名稱(chēng)對(duì)應(yīng)上，否則，是沒(méi)辦法接收的
   ros::spin();
   return 0;
}