ROS 基础

作者: _49_ | 来源:发表于2021-02-16 15:55 被阅读0次

1. ROS 开发环境

1.1 安装 ROS

Installation: http://wiki.ros.org/melodic/Installation/Ubuntu
Ubuntu 20.04 Install Ros:
https://blog.csdn.net/qq_44339029/article/details/108919545
https://blog.csdn.net/weixin_45168199/article/details/106910446

pycharm ros env setting:

# sudo vi /var/lib/snapd/desktop/applications/pycharm-community_pycharm-community.

update Exec:

[Desktop Entry]
X-SnapInstanceName=pycharm-community
Version=1.0
Type=Application
Name=PyCharm Community Edition
Icon=/snap/pycharm-community/232/bin/pycharm.png
#Exec=env BAMF_DESKTOP_FILE_HINT=/var/lib/snapd/desktop/applications/pycharm-community_pycharm-community.desktop /snap/bin/pycharm-community %f
Exec=bash -i -c "env BAMF_DESKTOP_FILE_HINT=/var/lib/snapd/desktop/applications/pycharm-community_pycharm-community.desktop /snap/bin/pycharm-community" %f
Comment=Python IDE for Professional Developers
Categories=Development;IDE;
Terminal=false
StartupWMClass=jetbrains-pycharm-ce
StartupNotify=true

# Setup your sources.list
sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'
# Set up your keys
sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654
   or
curl -sSL 'http://keyserver.ubuntu.com/pks/lookup?op=get&search=0xC1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654' | sudo apt-key add -
# Installation
sudo apt update
sudo apt install ros-melodic-desktop-full
apt search ros-melodic
# sudo apt install ros-melodic-PACKAGE
e.g.
sudo apt install ros-melodic-slam-gmapping

1.2 配置ROS

初始化ros开发环境：

$ echo "source/opt/ros/melodic/setup.bash" >> ~/.bashrc

$ sudo apt install python-rosdep
$ sudo apt install python-rosinstall
$ sudo apt install python-rosinstall-generator
$ sudo apt install python-wstool
$ sudo apt install build-essential

$ sudo rosdep init
$ rosdep update

解决sudo rosdep init和rosdep update的错误

安装ROS时 sudo rosdep init 和 sudo rosdep update 报错：

ERROR: cannot download default sources list from:
https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/rosdep/sources.list.d/20-default.list
Website may be down.

根本原因是无法解析 raw.githubusercontent.com

https://site.ip138.com/raw.Githubusercontent.com/
输入raw.githubusercontent.com
查询IP地址
修改 /etc/hosts 直接在终端输入
151.101.109.133 raw.githubusercontent.com

1. 工作空间 workspace

1.1 Create Workspace

$ mkdir -p ~/catkin_ws/src
$ cd ~/catkin_ws/src
$ catkin_init_workspace

1.2 Build Workspace

$ cd ~/catkin_ws
$ catkin_make

// 查看目录结构
$ tree -L 1 ~/catkin_ws
catkin_ws
├── build
├── devel
└── src

1.3 Init Workspace Env

$ source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
// 查看工作空间环境变量（一层一层嵌套式的）
$ echo $/ROS_PACKAGE_PATH
/home/pi/catkin_ws/src:/opt/ros/melodic/share

2. 功能包 Package

2.1 自定义 Package

catkin_create_pkg <package_name> [depend1] [depend2] [depend3]

// Create
$ cd ~/catkin_ws/src
$ catkin_create_pkg learning_communication std_msgs rospy roscpp

// Build
$ cd ~/catkin_w
$ catkin_make

// Env
$ source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

2.2 Ros 系统提供功能包

$ sudo apt-get install ros_melodic_ros_tutorials
$ rospack find roscpp_tutorials
/opt/ros/melodic/share/roscpp_tutorials

2.3 第三方开源功能包

$ cd ~/catkin_ws/src
$ git clone git://github.com/ros/ros_tutorials.git
$ cd ~/catkin_ws
$ catkin_make
$ source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
$ rospack find roscpp_tutorials
/home/pi/cue_ws/src/ros_tutorials/roscpp_tutorials

注意：工作空间覆盖问题
在系统和不同工作空间中，功能包是可以重名的（本例中：roscpp_tutorials）。同名时，会根据工作空间的覆盖顺序，优先选择最近工作空间里的功能包进行使用。这是开发中需要关注的。避免功能包运行在预期外的工作空间中。

3. Ros 架构

3.1 Ros 基础架构设计

图3-1 ROS 架构

通信系统： TCPROS/UDPROS

ROS 通信系统，使用发布/订阅、客户端/服务器等模型，实现多种通信机制的数据传输。

跨进程通信： Nodelet API

Ros Nodelet API 为多进程通信提供一种更优化的数据传输方式，适合对数据传输实时性有较高要求的应用。

ROS 机器人开发相关库：Client Library

基于通信机制之上，ROS提供了大量机器人开发相关库，如数据类型定义、坐标变换、运动控制等，可以提供给应用层使用。

应用层：Application Layer

在应用层，ROS需要运行一个管理者 -- Master，负责管理整个系统的正常运行。ROS 社区提供了大量机器人应用的功能包，这些功能包内的模块以节点为单位运行，以ROS标准输入输出作为接口，让开发者不需要关注模块内部的实现机制，只需要了解接口规则即可实现复用，极大的提高了工作效率。

从系统实现角度可以将ROS划分为三个层次: 开源社区、文件系统、计算图。

图3-2 从系统实现角度可以将ROS划分为三个层次

3.2 计算图

从计算图角度来看，ROS系统软件的功能模块以节点为单位独立运行，可以分布于多个相同或不同的主机中，在系统运行时通过端对端的拓扑结构进行连接。

// 计算图查看工具
$ rqt_graph

3.2.1 节点（Node）

节点（Node）是执行运行任务的进程，一个系统由多个节点构成，也可以看作是软件模块。当许多节点同时运行时，可以很方便的额将端对端的通信机制绘成节点关系图。在这个图中可以清晰看出节点（圈）和端对端的连接关系（节点间的连线）。

图3-3 ROS 中的节点关系图

3.2.2 消息（Message）

节点间通讯的通用数据结构定义的封装，可根据需求由开发者自定义。

3.2.3 话题（Topic）

消息以一种发布/订阅（Publish/Subscribe）的方式传递。数据以广播的形式发布。这是一种单向的数据通信，发布者与订阅者之间，订阅者相互之间并不知道彼此的存在。

图3-4 ROS中基于发布/订阅模型的通信

3.2.4 服务（Service)

双向同步传输，在ROS中，采用Service。基于Client / Server模型实现。类似于Web服务，包含两部分通信数据类型：request / response。 ROS 只允许一个节点提供一个指定命名的服务。

3.2.5 节点管理器（ROS Master）

ROS Master 通过RPC调用，提供登记列表和对其他计算图表查询的功能，帮助ROS节点之间互相查找、建立连接。同时还未系统提供参数服务器，管理全局参数。ROS Master是一个管理者，没有他，节点无法找到彼此，无法交换消息或调用服务，整个系统将会瘫痪。

3.3 文件系统

参考：http://niehen.cn/ros/ros-file-system/

Catkin

对于ROS这样大体量的平台来说，就采用的是CMake，并且ROS对CMake进行了扩展，于是便有了Catkin编译系统
CMake 是一个跨平台的安装工具，可以用最简单的语句来描述所有平台的安装，为软件跨平台创建而生。

enter description here

一个Catkin的软件包（package）必须要包括两个文件：
package.xml
CMakeLists.txt

catkin编译的工作流程如下：
1.首先在工作空间catkin_ws/src/下递归的查找其中每一个ROS的package。
2.package中会有package.xml和CMakeLists.txt文件，Catkin(CMake)编译系统依据CMakeLists.txt文件,从而生成makefiles(放在catkin_ws/build/)。
3.然后make刚刚生成的makefiles等文件，编译链接生成可执行文件(放在catkin_ws/devel)。

也就是说，Catkin就是将cmake与make指令做了一个封装从而完成整个编译过程的工具。

初始化Catkin工作空间
输入下列指令，完成初始创建。

mkdir -p ~/catkin_ws/src　　
cd ~/catkin_ws/
catkin_make #初始化工作空间

第一行代码直接创建了第二层级的文件夹src，这也是我们放ROS软件包的地方。第二行代码使得进程进入工作空间，然后再是catkin_make。

进行编译
用catkin编译一个工程或软件包，只需要用catkin_make指令,一般当我们写完代码，执行一次catkin_make进行编译,调用系统自动完成编译和链接过程，构建生成目标文件.

cd ~/catkin_ws #回到工作空间,catkin_make必须在工作空间下执行
catkin_make #开始编译
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash #刷新坏境

显示文件结构
在工作空间下用tree命令，。

cd ~/catkin_ws
sudo apt install tree
tree

通过tree命令可以看到catkin工作空间的结构,它包括了src、build、devel三个路径
src/: ROS的catkin软件包（源代码包）
build/: catkin（CMake）的缓存信息和中间文件
devel/: 生成的目标文件（包括头文件，动态链接库，静态链接库，可执行文件等）、环境变量

enter description here

平常主要用到的是src文件夹
我们写的ROS程序、网上下载的ROS源代码包都存放在这里。
在编译时，catkin编译系统会递归的查找和编译src/下的每一个源代码包

package

package是catkin工作空间的基本单元，我们在ROS开发时，写好代码，然后catkin_make，系统就会完成所有编译构建的工作。

package结构

enter description here

Package可以分为二进制和源代码。
二进制包里面包括了已经编译完成，可以直接运行的程序，一般是官方给的程序，无法修改查看源代码一般在/opt/ros/kinetic/中存放
源代码是指第三方开发的，根据需求自己下载。通常放在 ~/catkin_ws/src，需要通过make/cmake/caktin 进行编译使用，可以进行修改源代码对于编译工具软件包等有依赖问题。

package.xml

包括了package的描述信息，name, description, version, maintainer(s), license，opt. authors, url’s, dependencies, plugins, etc…
实际上rospack find、rosdep等命令之所以能快速定位和分析出package的依赖项信息，就是直接读取了每一个pacakge中的package.xml文件
包含的标签有

enter description here

run_depend 也是运行依赖不过是上一版本的标签，也能共用。
示例小海龟的package.xml 部分文件

enter description here

可以使用 rospack find turtlesim 找到包的位置或者 roscd turtlesim 直接找到该目录下

CMakeLists.txt: 构建package所需的CMake文件，调用Catkin的函数/宏，解析package.xml，找到其他依赖的catkin软件包，将本软件包添加到环境变量。

总体结构如下

enter description here

对于CMake的语法可以参考《CMake实践》
示例：

enter description here

这是小海龟的Cmakelists.txt 文件的一部分，具体可以到
/opt/ros/kinetic/share/turtlesim 中查看

launch文件

一般launch文件中会指定要启动哪些package下的哪些可执行程序，指定以什么参数启动，以及一些管理控制的命令。 launch文件通常放在软件包的launch/路径中中。

ROS为我们提供了一个命令能一次性启动master和多个node。该命令是：
$ roslaunch pkg_name file_name.launch
roslaunch就像是一个启动工具，能够一次性把多个节点按照我们预先的配置（写入launch文件中）启动起来

launch文件同样也遵循着xml格式规范，是一种标签文本，它的格式包括以下标签：

enter description here

参考链接:

示例
launch文件的写法和格式看起来内容比较复杂，我们先来介绍一个最简单的例子如下：

enter description here

这是官网给出的一个最小的例子，文本中的信息是，它启动了一个单独的节点talker,该节点是包rospy_tutorials软件包中的节点。
但是实际比这个更为复杂

元功能包 Metapackage

功能包集，就是将多个功能接近，相互依赖的软件包放到一个集合中去。
ros中常用的Metapackage有

Metapacakge名称	描述
navigation	导航相关的功能包集
moveit	运动规划相关的（主要是机械臂）功能包集
image_pipeline	图像获取、处理相关的功能包集
vision_opencv	ROS与OpenCV交互的功能包集
turtlebot	Turtlebot机器人相关的功能包集
pr2_robot	pr2机器人驱动功能包集
…	…

metapacakge中的 package.xml文件，CMakeLists.txt 文件和普通pacakge不同点是：
CMakeLists.txt:加入了catkin_metapackage()宏，指定本软件包为一个metapacakge。
package.xml:标签将所有软件包列为依赖项，标签中添加标签声明。
metapacakge在我们实际开发一个大工程时可能有用

4. ROS2 升级

https://blog.csdn.net/weixin_36628778/article/details/104751581

ROS 基础

1. ROS 开发环境

1.1 安装 ROS

1.2 配置ROS

1. 工作空间 workspace

1.1 Create Workspace

1.2 Build Workspace

1.3 Init Workspace Env

2. 功能包 Package

2.1 自定义 Package

2.2 Ros 系统提供功能包

2.3 第三方开源功能包

3. Ros 架构

3.1 Ros 基础架构设计

通信系统： TCPROS/UDPROS

跨进程通信： Nodelet API

ROS 机器人开发相关库：Client Library

应用层：Application Layer

3.2 计算图

3.2.1 节点（Node）

3.2.2 消息（Message）

3.2.3 话题（Topic）

3.2.4 服务（Service)

3.2.5 节点管理器（ROS Master）

3.3 文件系统

Catkin

package

package.xml

CMakeLists.txt: 构建package所需的CMake文件，调用Catkin的函数/宏，解析package.xml，找到其他依赖的catkin软件包，将本软件包添加到环境变量。

launch文件

元功能包 Metapackage

4. ROS2 升级

相关文章

网友评论

延伸阅读

深度阅读

栏目导航

热点阅读

ROS 基础

1. ROS 开发环境

1.1 安装 ROS

1.2 配置ROS

1. 工作空间 workspace

1.1 Create Workspace

1.2 Build Workspace

1.3 Init Workspace Env

2. 功能包 Package

2.1 自定义 Package

2.2 Ros 系统提供功能包

2.3 第三方开源 功能包

3. Ros 架构

3.1 Ros 基础架构设计

通信系统： TCPROS/UDPROS

跨进程通信： Nodelet API

ROS 机器人开发相关库：Client Library

应用层：Application Layer

3.2 计算图

3.2.1 节点（Node）

3.2.2 消息（Message）

3.2.3 话题（Topic）

3.2.4 服务（Service)

3.2.5 节点管理器（ROS Master）

3.3 文件系统

Catkin

package

package.xml

CMakeLists.txt: 构建package所需的CMake文件，调用Catkin的函数/宏，解析package.xml，找到其他依赖的catkin软件包，将本软件包添加到环境变量。

launch文件

元功能包 Metapackage

4. ROS2 升级

相关文章

网友评论

延伸阅读

深度阅读

栏目导航

热点阅读

2.3 第三方开源功能包