2.ROS基础-ROS中的关键组件

ps:这篇感觉写了好久好久。。。

• Launch文件
• TF坐标变换
• Qt工具箱
• Rviz可视化平台
• Gazebo物理仿真环境

Launch文件

通过XML文件实现多节点的配置和启动（可自动启动ROS_Master）

<launch>launch文件中的根元素采用<launch>标签定义
<node>启动节点

<node pkg="package-name"type="executable-name" name="node-name"/>

• pkg : 节点所在的功能包名称
• type : 节点的可执行文件名称
• name: 节点运行时的名称
• output、respawn、required、ns、args

参数设置

<param> /<rosparam>设置ROS系统运行中的参数，存储在参数服务器中。

<param name="output_frame" value="odom"/>

• name :参数名
• value: 参数值

加载参数文件中多个参数：
<rosparam file="params.yaml" command="load" ns="param"/>
<arg>launch文件内部的局部变量，仅限于launch文件使用
<arg name = "arg-name"default="arg-value"/>

• name: 参数名
• value:参数值
  调用：

<param name= "foo" value="$(arg arg-name)"/>
<node name="node"pkg="package" type="type" args="$(arg arg-name)"/>

重映射

<remap>重映射ROS计算图资源的命名
<remap from="/turtlebot/cmd_vel" to = "/cmd_vel">

• from :原命名
• to ：映射之后命名

嵌套

包含其他launch文件，类似C语言中的头文件包含
<include file = "$(dirname)/other.launch"/>

• file:包含的其他launch文件路径

TF坐标变换

参考《机器人学导论》

TF功能包能干什么？

• 五秒钟之前，机器人头部坐标系相对于全局坐标系的关系是什么样的？
• 机器人夹取的物体相对于机器人中心坐标系的位置在哪里？
• 机器人中心坐标系相对于全局坐标系的位置在哪里？
  TF坐标变换如何实现？
  TF变换数据以一个树形结构保存
• 广播TF变换
• 监听TF变换

TF坐标变换例程

sudo apt-get install ros-kinetic-turtle-tf
roslaunch turtle_tf turtle_tf_demo.launch
rosrun turtlesim turtle_teleop_key
rosrun tf view_frames //会在运行目录下生成frames.pdf文件

图中有三个坐标系（world、turtle1、turtle2）
使用如下命令查看turtle1 turtle2 关系

rosrun tf tf_echo turtle1 turtle2

通过Rviz来可视化

rosrun rviz rviz -d 'rospack find turtle_tf' /rviz/turtle_rviz.rviz

如何实现一个TF广播器

• 定义TF广播器（TransformBroadcaster）
• 创建坐标变换值
• 发布坐标变换值（SendTransform）

#include <ros/ros.h>
#include <tf/transform_broadcaster.h>
#include <turtlesim/Pose.h>

std::string turtle_name;

void poseCallback(const turtlesim::PoseConstPtr& msg)
{
    // tf广播器
    static tf::TransformBroadcaster br;

    // 根据乌龟当前的位姿，设置相对于世界坐标系的坐标变换
    tf::Transform transform;
    transform.setOrigin( tf::Vector3(msg->x, msg->y, 0.0) );
    tf::Quaternion q;
    q.setRPY(0, 0, msg->theta);
    transform.setRotation(q);

    // 发布坐标变换
    br.sendTransform(tf::StampedTransform(transform, ros::Time::now(), "world", turtle_name));
}

int main(int argc, char** argv)
{
    // 初始化节点
    ros::init(argc, argv, "my_tf_broadcaster");
    if (argc != 2)
    {
        ROS_ERROR("need turtle name as argument"); 
        return -1;
    };
    turtle_name = argv[1];

    // 订阅乌龟的pose信息
    ros::NodeHandle node;
    ros::Subscriber sub = node.subscribe(turtle_name+"/pose", 10, &poseCallback);

    ros::spin();

    return 0;
};

如何实现一个TF监听器

• 定义监听器
  （TransformListener）
• 查找坐标变换
  （waitForTransform 、lookup）

#include <ros/ros.h>
#include <tf/transform_listener.h>
#include <geometry_msgs/Twist.h>
#include <turtlesim/Spawn.h>

int main(int argc, char** argv)
{
    // 初始化节点
    ros::init(argc, argv, "my_tf_listener");

    ros::NodeHandle node;

    // 通过服务调用，产生第二只乌龟turtle2
    ros::service::waitForService("spawn");
    ros::ServiceClient add_turtle =
    node.serviceClient<turtlesim::Spawn>("spawn");
    turtlesim::Spawn srv;
    add_turtle.call(srv);

    // 定义turtle2的速度控制发布器
    ros::Publisher turtle_vel =
    node.advertise<geometry_msgs::Twist>("turtle2/cmd_vel", 10);

    // tf监听器
    tf::TransformListener listener;

    ros::Rate rate(10.0);
    while (node.ok())
    {
        tf::StampedTransform transform;
        try
        {
            // 查找turtle2与turtle1的坐标变换
            listener.waitForTransform("/turtle2", "/turtle1", ros::Time(0), ros::Duration(3.0));
            listener.lookupTransform("/turtle2", "/turtle1", ros::Time(0), transform);
        }
        catch (tf::TransformException &ex) 
        {
            ROS_ERROR("%s",ex.what());
            ros::Duration(1.0).sleep();
            continue;
        }

        // 根据turtle1和turtle2之间的坐标变换，计算turtle2需要运动的线速度和角速度
        // 并发布速度控制指令，使turtle2向turtle1移动
        geometry_msgs::Twist vel_msg;
        vel_msg.angular.z = 4.0 * atan2(transform.getOrigin().y(),
                                        transform.getOrigin().x());
        vel_msg.linear.x = 0.5 * sqrt(pow(transform.getOrigin().x(), 2) +
                                      pow(transform.getOrigin().y(), 2));
        turtle_vel.publish(vel_msg);

        rate.sleep();
    }
    return 0;
};

 <launch>
    <!-- 海龟仿真器 -->
    <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="sim"/>

    <!-- 键盘控制 -->
    <node pkg="turtlesim" type="turtle_teleop_key" name="teleop" output="screen"/>

    <!-- 两只海龟的tf广播 -->
    <node pkg="learning_tf" type="turtle_tf_broadcaster"
          args="/turtle1" name="turtle1_tf_broadcaster" />
    <node pkg="learning_tf" type="turtle_tf_broadcaster"
          args="/turtle2" name="turtle2_tf_broadcaster" />

    <!-- 监听tf广播，并且控制turtle2移动 -->
    <node pkg="learning_tf" type="turtle_tf_listener"
          name="listener" />

 </launch>

Qt工具箱

日志输出可视化工具--rqt_console
计算图可视化工具--rqt_graph
数据绘图工具-- rqt_plot
参数动态配置工具--rqt_reconfigure

Rviz可视化平台

Rviz是一款三维可视化工具，可以很好的兼容基于ROS软件矿建的机器人平台

• 0:3D视图区
• 1：工具栏
• 2：显示项列表
• 3：视角设置区
• 4 ： 时间显示区

rosrun rviz rviz

Rviz 的插件机制

Gazebo物理仿真环境

Gazebo是一款功能强大的三维物理仿真平台

• 具备强大的物理引擎
• 高质量的图形渲染
• 方便的编程与图形接口
• 开源免费

器典型应用场景

• 测试机器人算法
• 机器人设计

• 现实场景下的回缩测试

  
  

如何使用Gazebo进行仿真

1. 创建仿真环境
2. 配置机器人模型
3. 开始仿真