02. ROS 基础：空间布局、文件系统与小乌龟教程

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主要参考以下文档：CSDN ROS入门教程（一）

一、ROS的工作环境

1.1 管理ROS环境

确保ROS 环境变量已设置

# 在bash中输入以下信息，就会输出一大串ROS的环境信息。

打印环境| grep ROS

1.2 创建ROS工作空间

ROS Groovy 于2012 年发布。在此版本及更高版本中，catkin 用于创建ROS 工作区。

mkdir -p ~/catkin_ws/src

cd ~/catkin_ws/

catkin_make在工作空间中第一次运行catkin_make命令后，会在./src目录下创建一个CMakeLists.txt文件。

jet@jet-vm:~/catkin_ws$ ls

#输出如下

构建开发src 将在devel文件夹中包含多个setup.sh* 文件。source命令中的文件将覆盖工作区的顶层环境。

源开发/setup.bash

# 因为我这里使用的是默认的bash环境，如果是zsh，还有一个方法可以检查环境变量是否被修改：

$回显$ROS_PACKAGE_PATH

jet@jet-vm:~/catkin_ws$ printenv | grep ROS 通过对比输出结果，可以发现环境变量中ROS_PACKAGE_PATH和ROSLISP_PACKAGE_DIRECTORIES发生了变化。

二、ROS文件系统

因为一开始安装ROS时选项是ros-kinetic-desktop-full，所以下面需要的文件系统已经安装好了。

2.1 文件系统的概念

包：包是ROS 代码软件单元的一种组织方法。每个包可以包含库、可执行程序、脚本等。

Manifests（Package.xml）：Manifest是包描述文件，定义了包之间的依赖关系，用于捕获包的元信息。元数据是有关数据组织、数据域及其关系的信息。简单来说，元数据就是关于数据的数据），比如版本、维护者、证书等。

2.3 文件系统工具

ROS代码具有独特的包管理命令

rospack=ros+包

rospack 可以获取有关包的信息。帮助命令为rospack helpjet@jet-vm:~/catkin_ws$ rospack find roscpp

# 会输出相关信息roscd=ros+cd

roscd是rosbash的一部分，该命令可以切换到包的相关目录。

jet@jet-vm:~/catkin_ws$ roscd roscpp

jet@jet-vm:~/catkin_ws$ pwd 注意：ROS工具仅查找ROS_PACKAGE_PATH列出的路径，每个路径以”:“分隔。

罗斯德日志

该命令将进入ROS日志文件夹。如果之前没有运行过ROS程序，就会报错。

rosls=ros+ls

很多ROS工具都是ROS+XX组合的命令。

三、创建ROS Package

本章使用roscreate-pkg或catkin创建新包，并使用rospack列出包的依赖项。

3.1 一个catkin package的组成

必须包含catkin兼容的package.xml文件

必须包含使用catkin的CMakeLists.txt

每个包必须有自己的文件夹：这意味着没有嵌套的包，也没有多个包共享同一目录。

最简单的封装如下：

我的包/

CMakeLists.txt

package.xml

3.2 catkin工作空间中的package

使用catkin 包的推荐方法是使用catkin 工作区。当然，你也可以创建一个单独的catkin包。常见的工作空间可能如下所示：

jet@jet-vm:~/catkin_ws$ 树。

建造

原子配置

env.sh

local_setup.bash

local_setup.sh

local_setup.zsh

setup.bash

setup.sh

_setup_util.py

setup.zsh

柳絮

catkin_generate

版本

package.cmake

catkin_generate

env_cached.sh

generate_cached_setup.py

安装空间

env.sh

local_setup.bash

local_setup.sh

local_setup.zsh

setup.bash

setup.sh

_setup_util.py

setup.zsh

order_packages.cmake

order_packages.py

setup_cached.sh

邮票

项目

interrogate_setup_dot_py.py.stamp

order_packages.cmake.em.stamp

package.xml.stamp

_setup_util.py.stamp

CATKIN_IGNORE

catkin_make.cache

CMakeCache.txt

CMakeFiles

3.5.1

CMakeCCompiler.cmake

CMakeCXXCompiler.cmake

CMakeDetermineCompilerABI_C.bin

CMakeDetermineCompilerABI_CXX.bin

CMakeSystem.cmake

CompilerIdC

a.out

CMakeCCompilerId.c

CompilerIdCXX

a.out

CMakeCXXCompilerId.cpp

clean_test_results.dir

build.make

cmake_clean.cmake

DependInfo.cmake

进度.make

cmake.check_cache

CMakeDirectoryInformation.cmake

CMakeError.log

CMakeOutput.log

CMakeRuleHashes.txt

CMakeTmp

download_extra_data.dir

build.make

cmake_clean.cmake

DependInfo.cmake

进度.make

doxygen.dir

build.make

cmake_clean.cmake

DependInfo.cmake

进度.make

feature_tests.bin

feature_tests.c

feature_tests.cxx

Makefile2

Makefile.cmake

进度.marks

run_tests.dir

build.make

cmake_clean.cmake

DependInfo.cmake

进度.make

TargetDirectories.txt

测试目录

构建.make

cmake_clean.cmake

DependInfo.cmake

进度.make

cmake_install.cmake

CTestConfiguration.ini

CTestCustom.cmake

CTestTestfile.cmake

测试

CMakeFiles

CMakeDirectoryInformation.cmake

gmock.dir

build.make

cmake_clean.cmake

DependInfo.cmake

dependent.make

flags.make

link.txt

Progress.make

src

usr

src

gtest

src

gmock_main.dir

build.make

cmake_clean.cmake

DependInfo.cmake

dependent.make

flags.make

link.txt

Progress.make

src

usr

src

gtest

src

进度.marks

cmake_install.cmake

CTestTestfile.cmake

gtest

CMakeFiles

CMakeDirectoryInformation.cmake

gtest.dir

build.make

cmake_clean.cmake

DependInfo.cmake

dependent.make

flags.make

link.txt

Progress.make

src

gtest_main.dir

build.make

cmake_clean.cmake

DependInfo.cmake

dependent.make

flags.make

link.txt

Progress.make

src

进度.marks

cmake_install.cmake

CTestTestfile.cmake

Makefile

测试结果

开发

cmake.lock

env.sh

库

local_setup.bash

local_setup.sh

local_setup.zsh

setup.bash

setup.sh

_setup_util.py

setup.zsh

来源

CMakeLists.txt -/opt/ros/kinetic/share/catkin/cmake/toplevel.cmake

43个目录，123个文件

jet@jet-vm:~/catkin_ws$

3.3 创建一个catkin Package

创建工作空间的方法在章节：1.2 创建ROS的工作环境创建包代码：

例子

catkin_create_pkg[依赖1][依赖2][依赖3]

#具体命令

$ cd ~/catkin_ws/src

jet@jet-vm:~/catkin_ws/src$ catkin_create_pkg Beginner_tutorials std_msgs rospy roscpp

创建文件Beginner_tutorials/package.xml

创建文件beginer_tutorials/CMakeLists.txt

创建文件夹Beginner_tutorials/include/beginner_tutorials

创建文件夹Beginner_tutorials/src

已成功在/home/jet/catkin_ws/src/beginner_tutorials 中创建文件。请调整package.xml中的值。

jet@jet-vm:~/catkin_ws/src$

3.4 编译catkin工作空间并source

//主要命令如下

$ cd ~/catkin_ws

$catkin_make

$。 /catkin_ws/devel/setup.bashjet@jet-vm:/catkin_ws/src$ cd .

jet@jet-vm:~/catkin_ws$ catkin_make

基本路径： /home/jet/catkin_ws

源空间： /home/jet/catkin_ws/src

构建空间： /home/jet/catkin_ws/build

开发空间： /home/jet/catkin_ws/devel

安装space: /home/jet/catkin_ws/install

####

#### 运行命令： "cmake /home/jet/catkin_ws/src -DCATKIN_DEVEL_PREFIX=/home/jet/catkin_ws/devel -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/home/jet/catkin_ws/install -G Unix Makefiles" in "/home/jet/catkin_ws/构建"

####

-- 使用CATKIN_DEVEL_PREFIX: /home/jet/catkin_ws/devel

-- 使用CMAKE_PREFIX_PATH: /opt/ros/kinetic

-- 此工作区覆盖： /opt/ros/kinetic

-- 使用PYTHON_EXECUTABLE: /usr/bin/python

-- 使用Debian Python 包布局

-- 使用empy: /usr/bin/empy

-- 使用CATKIN_ENABLE_TESTING: ON

-- 调用enable_testing()

-- 使用CATKIN_TEST_RESULTS_DIR: /home/jet/catkin_ws/build/test_results

-- 在"/usr/src/gmock" 下找到gmock 源： gmock 将被构建

-- 在"/usr/src/gmock" 下找到gtest 源：将构建gtest

-- 使用Python Nosetests: /usr/bin/nosetests-2.7

--柔荑花序0.7.18

-- BUILD_SHARED_LIBS 已打开

--~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

-- ~~ 按拓扑顺序遍历1个包：

-- ~~ - 初学者教程

--~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

-- +++ 处理catkin package: "beginner_tutorials"

--==add_subdirectory(beginner_tutorials)

--配置完成

-- 生成完成

-- 构建文件已写入： /home/jet/catkin_ws/build

####

#### 在"/home/jet/catkin_ws/build" 中运行command: "make -j2 -l2"

####

jet@jet-vm:~/catkin_ws$ 。 /catkin_ws/devel/setup.bash

jet@jet-vm:~/catkin_ws$

3.5 package依赖

一级依赖

jet@jet-vm:~/catkin_ws$ rospack依赖于1初学者_教程

罗斯普

罗斯皮

标准消息

jet@jet-vm:~/catkin_ws$

# 该命令的输出与创建包时传入的参数一致。这些对包的依赖关系作为间接依赖关系存储在package.xml 中。

jet@jet-vm:~/catkin_ws$ rospack 取决于1 rospy

根皮

罗斯普

罗斯图

rosgraph_msgs

罗斯库

标准消息

jet@jet-vm:~/catkin_ws$

#一般情况下，一个依赖的项目都有自己的依赖关系，rospack可以递归地检测所有嵌套的依赖关系。

3.6 定制package

定制package.xml

包括description、maintainer、lincense、dependency（包括buildtool_depend、build_depend、exec_depend）

自定义CMakeLists.txt

四、编译Package

4.1 编译package

catkin_make 可以看作是标准的cmake工作流程：cmake、make

# 在CMake 项目中

t $ mkdir build $ cd build $ cmake .. $ make $ make install #(optionally) # In a catkin workspace $ catkin_make $ catkin_make install #(optionally)catkin_make命令将编译src目录下的所有工程。对于源码不再当前目录下的使用方法为： # In a catkin workspace $ catkin_make --source my_src $ catkin_make install --source my_src #(optionally)编译package 在当前工作空间中(~/catkin_ws):catkin_make

五、ROS Nodes

本节引入ROS Graph的概念，并探讨roscore，rosnode，rosrun的使用。

5.1 Graph的概念

Nodes：一个node表示一个使用ROS来与其他nodes进行通讯的可执行程序。 Messages：ROS的数据类型 Topics：Nodes可以向topic发布消息，也可以订阅topic来接收消息。 Master：Name sevice for ROS（帮助节点找到彼此） rosout：ROS下的stdout/stderr。 roscore：Master + rosout + parameter server

5.2 Nodes

在ROS package中，一个Node实际上只不过是一个可执行文件。ROS Nodes使用ROS client library与其他nodes进行通信。Nodes可以发布和订阅一个Topic。Nodes也可以提供或使用一个sevice。

5.3 Client Libraries

ROS client library 允许使用不同编程语言写出来的Nodes进行通信。 rospy = python client library roscpp = C plus plus client library

5.4 roscore

roscore 是当你使用ROS时第一个应该运行的核心程序。

5.5 使用rosnode

rosnode显示当前正在运行的有关ROS nodes的信息 # 列出活跃状态的nodes jet@jet-vm:~$ rosnode list /rosout jet@jet-vm:~$ rosnode info /rosout -------------------------------------------------------------------------------- Node [/rosout] Publications: * /rosout_agg [rosgraph_msgs/Log] Subscriptions: * /rosout [unknown type] Services: * /rosout/get_loggers * /rosout/set_logger_level contacting node http://jet-vm:41897/ ... Pid: 2381 jet@jet-vm:~$

5.6 使用rosrun

rosrun 允许使用package名来直接运行一个package中的node（不必知道package的路径）。 # usage : rosrun [package_name] [nodename] jet@jet-vm:~$ rosrun turtlesim turtlesim_node [ INFO] [1565093878.731080946]: Starting turtlesim with node name /turtlesim [ INFO] [1565093878.747198414]: Spawning turtle [turtle1] at x=[5.544445], y=[5.544445], theta=[0.000000] # 弹出一个乌龟的窗口ROS支持为node重新指定名字 $ rosrun turtlesim turtlesim_node __name:=my_turtle jet@jet-vm: ~ $ rosnode list /my_turtle /rosout可以使用 rosnode 的 ping 参数来测试是否node正常运行。 jet@jet-vm:~$ rosnode ping turtlesim rosnode: node is [/turtlesim] pinging /turtlesim with a timeout of 3.0s xmlrpc reply from http://jet-vm:36863/ time=0.334024ms xmlrpc reply from http://jet-vm:36863/ time=2.504826ms xmlrpc reply from http://jet-vm:36863/ time=1.864910ms xmlrpc reply from http://jet-vm:36863/ time=1.274824ms xmlrpc reply from http://jet-vm:36863/ time=1.255035ms ^Cping average: 1.446724ms jet@jet-vm:~$如果出现上面的输出代表已经成功运行了。

5.7 总结

roscore 是所有运行的核心 = ros + core: master(prodives name service for ROS) + rosout(stdout/stderr) +parameter server. rosnode = ros + node : ROS tool to get Information about a node. rosrun = ros + run: runs a node from a given package

六、ROS Topics

本节引入ROS topics，与此同时使用rostopic和rqt_plot工具

6.1 准备工作

确保roscore在运行，在一个新打开的终端输入roscore可进行测试。运行如下命令 $ rosrun turtlesim turtlesim_node运行如下命令 $ rosrun turtlesim turtle_teleop_key # 之后可以使用方向按键控制乌龟动起来了

6.2 ROS Topics

使用rqt-graphrqt-graph创建系统的一个动态范围。rqt-graph是rqt package的一部分，安装方法如下： # 按照正常安装全部的方法都是已经安装好了 $ sudo apt-get install ros-kinetic-rqt $ sudo apt-get install ros-kinetic-rqt-common-plugins在终端中输入以下命令会出现一个可视化窗口显示nodes之间的关系。 $ rosrun rqt_graph rqt_graph引入rostopicrostopic工具用来获取 ROS topics。使用rostopic echorostopic echo显示发布在一个topic上的数据，只有在运行之后有新的消息发布到topic上时才会有输出 # Usage $ rostopic echo [topic] $ rostopic echo /turtle1/cmd_vel使用**rostopic list ** 使用$ rostopic list -v列出所有的 topics jet@jet-vm:~$ rostopic list -v Published topics: * /turtle1/color_sensor [turtlesim/Color] 1 publisher * /turtle1/cmd_vel [geometry_msgs/Twist] 1 publisher * /rosout [rosgraph_msgs/Log] 3 publishers * /rosout_agg [rosgraph_msgs/Log] 1 publisher * /turtle1/pose [turtlesim/Pose] 1 publisher Subscribed topics: * /turtle1/cmd_vel [geometry_msgs/Twist] 2 subscribers * /rosout [rosgraph_msgs/Log] 1 subscriber jet@jet-vm:~$

6.3 ROS Messages

ropics上的通讯是通过在nodes之间发送 ROS messages进行的。发布者和订阅者必须发哦是那个和接收同种类型的消息。这意味着，topic的类型是由发布在其上的message类型定义的。message的类型可通过rostopic type [topic]来查询。可以使用rosmsg show type查看信息格式。 jet@jet-vm:~$ rostopic list -v Published topics: * /turtle1/color_sensor [turtlesim/Color] 1 publisher * /turtle1/cmd_vel [geometry_msgs/Twist] 1 publisher * /rosout [rosgraph_msgs/Log] 3 publishers * /rosout_agg [rosgraph_msgs/Log] 1 publisher * /turtle1/pose [turtlesim/Pose] 1 publisher Subscribed topics: * /turtle1/cmd_vel [geometry_msgs/Twist] 2 subscribers * /rosout [rosgraph_msgs/Log] 1 subscriber jet@jet-vm:~$ rostopic type /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist jet@jet-vm:~$ rosmsg show geometry_msgs/Twist geometry_msgs/Vector3 linear float64 x float64 y float64 z geometry_msgs/Vector3 angular float64 x float64 y float64 z jet@jet-vm:~$

6.4 rostopic 续

rostopic pub可以在一个topic上发布数据 # Usage: rostopic pub [topic] [msg_type] [args] # 双短线表示后边的不是命令选项而是参数 jet@jet-vm:~$ rostopic pub -l /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist -- "[2.0,0.0,0.0]" "[0.0,0.0,1.0]" publishing and latching message. Press ctrl-C to terminate # 此时可以看到乌龟动了，几次执行下来可以看到乌龟走了一个纯圆。1565098084483.pngrostopic hz报告数据发布速率：$ rostopic hz [topic]jet@jet-vm:~$ rostopic hz /turtle1/cmd_vel subscribed to [/turtle1/cmd_vel] no new messages no new messages average rate: 4.828 min: 0.144s max: 0.288s std dev: 0.04833s window: 6 average rate: 5.999 min: 0.099s max: 0.288s std dev: 0.04975s window: 13 average rate: 7.209 min: 0.042s max: 0.298s std dev: 0.06797s window: 23当有数据变动的时候也就是有数据传输。

6.5 使用 rqt_plot

使用指令$ rosrun rqt_plot rqt_plot，添加需要查看的topic。

七、ROS Services and Parameters

本节介绍ROS Services and Parameters，与此同时使用使用rosservice和rosparam命令行工具。services是nodes间进行通信的另一种方式，services允许nodes发送一个请求（request）和接收一个响应（response）。 #Usage: $ rosservice list [topic] #列出[topic]锁提供的服务 $ rosservice type [service] # 显示服务类型 $ rosservice call [service] [args] # 调用服务 # 查看带参数的示例 rosservice find #find service by service type rosservice uri #print service ROSRPC uri jet@jet-vm:~/work$ rosservice type /spawn | rossrv show float32 x float32 y float32 theta string name --- string name jet@jet-vm:~/work$ rosservice call /spawn 2 2 0.2 "" # name field is optional name: "turtle2"rosparam循序我们存储和操作ROS parameter Server上的数据，Parameter Server可以存储整型，浮点型，布尔型，字典，列表。rosparam使用YAML标记语言语法。 #Usage： rosparam set [param_name] #set parameter # 设置参数过后使用 /clear 服务刷新操作 $ rosservice call /clear rosparam get [param_name] # get parameter rosparam load # load parameter from file rosparam dump # dump parameters to file rosparam delete # delete parameter rosparam list # list parameter names# Usage rosparam dump [file_name] [namespace] rosparam load [file_name] [namespace] # write all the parameters to the file params.yaml $ rosparam dump params.yaml # load these yaml files into new namespaces, e.g. copy $ rosparam load params.yaml copy