【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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简介: 【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

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:3412acd7cc184456a16229322d0d3088.png


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

5eefd5a5c35044428e98ce33f67deb24.png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:

cb5c5bb741cc4e54a687993de73b2ce3.png

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:

eb9ed96035d14343a81cdb9ab286fa30.png

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。

ee1b91af595a49c0a8500470979b65f8.png

  • rosservice list 查看服务列表d6db8ea887c74791811e9f05cab90316.png
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:ef4983b30f6148c7ae1e9b856e366688.png

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。

c8cdb3ed213b4fc0a4a428bceeaad3b5.png

  • rosmsg show +消息类型 显示消息结构f11b06cc4fd340a0b77652a1ea0c1171.png

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
  1. 编译工作空间
cd ~/catkin_ws
catkin_make
catkin_make install
  1. 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

a6a429968c8244f9a4a004fb5f5b938a.png

  1. 检查环境变量
echo $ROS_PACKAGE_PATH

7e3cca44ba9f4c8cbe51f1415dbf4128.png

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
  1. 编译功能包
cd ~/catkin_ws
catkin_make
source  ~/catkin_ws/devel/setup.bash


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