ROS学习笔记
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一.ROS常用命令
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catkin_create_pkg 创建功能包
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catkin_make 编译工作空间中的功能包
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rosrun 运行功能包中的可执行文件
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roslaunch 运行启动文件
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rqt_graph 节点可视化
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rosnode list 列出系统中存在的节点
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rosnode info /节点名称 节点信息
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rostopic list 列出系统中存在的发布或订阅的话题
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rostopic info /话题名称 话题信息
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rostopic echo /话题名称 监听话题
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rostopic pub /话题名称 补全 发布话题
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rosservice list 列出系统中存在的服务
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rosservice info /服务名称 服务的信息
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rosservice call /服务名称 发布服务
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rqt_plot 绘制曲线
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在launch文件所在文件夹下,roslaunch+launch文件名可以启动launch文件 或者 roslaunch+功能包名+launch文件名
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后期要增加功能包依赖,在package.xml里面修改即可
二.创建工作空间
- src:代码空间
build:编译空间
devel:开发空间
install:安装空间
- 创建工作空间
mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd ~/catkin_ws/src
catkin_init_workspace3.编译工作空间
cd ~/catkin_ws
catkin_make4.设置环境变量
sudo nano ~/.bashrc添加以下内容
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash在终端输入以下命令
source ~/.bashrc5.检查环境变量
echo $ROS_PACKAGE_PATH三.创建功能包
cd ~/catkin_ws/src
catkin_create_pkg learning_communication std_msgs rospy roscpp编译功能包
cd ~/catkin_ws
catkin_make四.话题编程流程
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创建发布者
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创建订阅者
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添加编译选项
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运行可执行程序
如何实现一个发布者
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初始化ROS节点
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向ROS Master注册节点信息,包括发布的话题名和话题中的消息类型
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按照一定频率循环发布消息
/** * 该例程将发布chatter话题，消息类型String
*/
#include <sstream>
#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"
int main(int argc, char **argv)
{
// ROS节点初始化
ros::init(argc, argv, "talker");
// 创建节点句柄
ros::NodeHandle n;
// 创建一个Publisher，发布名为chatter的topic，消息类型为std_msgs::String
ros::Publisher chatter_pub = n.advertise<std_msgs::String>("chatter", 1000);
// 设置循环的频率
ros::Rate loop_rate(10);
int count = 0;
while (ros::ok())
{
// 初始化std_msgs::String类型的消息
std_msgs::String msg;
std::stringstream ss;
ss << "hello world " << count;
msg.data = ss.str();
// 发布消息
ROS_INFO("%s", msg.data.c_str());
chatter_pub.publish(msg);
// 循环等待回调函数
ros::spinOnce();
// 按照循环频率延时
loop_rate.sleep();
++count;
}
return 0;
}如何实现一个订阅者
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初始化ROS节点
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订阅需要的话题
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循环等待话题消息,接收到消息后进入回调函数
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在回调函数中完成消息处理
/** * 该例程将订阅chatter话题，消息类型String
*/
#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"
// 接收到订阅的消息后，会进入消息回调函数
void chatterCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg)
{
// 将接收到的消息打印出来
ROS_INFO("I heard: [%s]", msg->data.c_str());
}
int main(int argc, char **argv)
{
// 初始化ROS节点
ros::init(argc, argv, "listener");
// 创建节点句柄
ros::NodeHandle n;
// 创建一个Subscriber，订阅名为chatter的topic，注册回调函数chatterCallback
ros::Subscriber sub = n.subscribe("chatter", 1000, chatterCallback);
// 循环等待回调函数
ros::spin();
return 0;
}编译前需配置CMake文件
add_executable(talker src/talker.cpp)
target_link_libraries(talker ${catkin_LIBRARIES})
add_executable(listener src/listener.cpp)
target_link_libraries(listener ${catkin_LIBRARIES})如何自定义话题消息
- 定义msg文件 Person.msg
string name
uint8 sex
uint8 age
uint8 unknown=0
uint8 male =1
uint8 female =2- 在package.xml中添加功能包依赖
<build_depend>message_generation</build_depend>
<exec_depend>message_runtime</exec_depend>- 在CMakeLists.txt添加编译选项
find_package( …… message_generation)
catkin_package(CATKIN_DEPENDS geometry_msgs roscpp rospy std_msgs message_runtime)
add_message_files(FILES Person.msg)
generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs)五.服务编程流程
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创建服务器
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创建客户端
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添加编译选项
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运行可执行程序
如何自定义服务请求与应答
- 定义srv文件
int64 a
int64 b
---
int64 sum- 在package.xml中添加功能包依赖
<build_depend>message_generation</build_depend>
<exec_depend>message_runtime</exec_depend>- 在CMakeLists.txt添加编译选项
find_package( …… message_generation)
catkin_package(CATKIN_DEPENDS geometry_msgs roscpp rospy std_msgs message_runtime)
add_service_files(FILES AddTwoInts.srv)如何实现一个服务器
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初始化ROS节点
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创建Server实例
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循环等待服务请求,进入回调函数
-
在回调函数中完成服务功能的处理,并反馈应答数据
/** * AddTwoInts Server
*/
#include "ros/ros.h"
#include "learning_communication/AddTwoInts.h"
// service回调函数，输入参数req，输出参数res
bool add(learning_communication::AddTwoInts::Request &req,
learning_communication::AddTwoInts::Response &res)
{
// 将输入参数中的请求数据相加，结果放到应答变量中
res.sum = req.a + req.b;
ROS_INFO("request: x=%ld, y=%ld", (long int)req.a, (long int)req.b);
ROS_INFO("sending back response: [%ld]", (long int)res.sum);
return true;
}
int main(int argc, char **argv)
{
// ROS节点初始化
ros::init(argc, argv, "add_two_ints_server");
// 创建节点句柄
ros::NodeHandle n;
// 创建一个名为add_two_ints的server，注册回调函数add()
ros::ServiceServer service = n.advertiseService("add_two_ints", add);
// 循环等待回调函数
ROS_INFO("Ready to add two ints.");
ros::spin();
return 0;
}如何实现一个客户端
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初始化ROS节点
-
创建一个Client实例
-
发布服务请求数据
-
等待Server处理之后的应答结果
/** * AddTwoInts Client
*/
#include <cstdlib>
#include "ros/ros.h"
#include "learning_communication/AddTwoInts.h"
int main(int argc, char **argv)
{
// ROS节点初始化
ros::init(argc, argv, "add_two_ints_client");
// 从终端命令行获取两个加数
if (argc != 3)
{
ROS_INFO("usage: add_two_ints_client X Y");
return 1;
}
// 创建节点句柄
ros::NodeHandle n;
// 创建一个client，请求add_two_int service，service消息类型是learning_communication::AddTwoInts
ros::ServiceClient client = n.serviceClient<learning_communication::AddTwoInts>("add_two_ints");
// 创建learning_communication::AddTwoInts类型的service消息
learning_communication::AddTwoInts srv;
srv.request.a = atoll(argv[1]);
srv.request.b = atoll(argv[2]);
// 发布service请求，等待加法运算的应答结果
if (client.call(srv))
{
ROS_INFO("Sum: %ld", (long int)srv.response.sum);
}
else
{
ROS_ERROR("Failed to call service add_two_ints");
return 1;
}
return 0;
}配置CMake文件
add_executable(server src/server.cpp)
target_link_libraries(server ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(server ${PROJECT_NAME}_gencpp)
add_executable(client src/client.cpp)
target_link_libraries(client ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(client ${PROJECT_NAME}_gencpp)六.动作编程
什么是动作
-
一种问答通信机制
-
带有连续反馈
-
可以在任务过程中止运行
-
基于ROS的消息机制实现
Action的接口
-
goal:发布任务目标
-
cancel:请求取消任务
-
status:通知客户端当前的状态
-
feedback:周期反馈任务运行的监控数据
-
result:向客户端发送任务的执行结果,只发布一次
如何自定义动作消息
- 定义action文件 DoDishes.action
#定义目标信息
uint32 dishwasher_id
#Specify which dishwasher we want to use
---
#定义结果信息
uint32 total_dishes_cleaned
---
#定义周期反馈的消息
float32 percent_complete- 在package.xml中添加功能包依赖
<build_depend>actionlib</build_depend>
<build_depend>actionlib_msgs</build_depend>
<exec_depend>actionlib</exec_depend>
<exec_depend>actionlib_msgs</exec_depend>- 在CMakeLists.txt添加编译选项
find_package(catkin REQUIRED actionlib_msgs actionlib)
add_action_files(DIRECTORY action FILES DoDishes.action)
generate_messages(DEPENDENCIES actionlib_msgs)如何实现一个动作服务器
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初始化ROS节点
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创建动作服务器实例
-
启动服务器,等待动作请求
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在回调函数中完成动作服务功能的处理,并反馈进度信息
-
动作完成,发送结束信息
#include <ros/ros.h>
#include <actionlib/server/simple_action_server.h>
#include "learning_communication/DoDishesAction.h"
typedef actionlib::SimpleActionServer<learning_communication::DoDishesAction> Server;
// 收到action的goal后调用该回调函数
void execute(const learning_communication::DoDishesGoalConstPtr& goal, Server* as)
{
ros::Rate r(1);
learning_communication::DoDishesFeedback feedback;
ROS_INFO("Dishwasher %d is working.", goal->dishwasher_id);
// 假设洗盘子的进度，并且按照1hz的频率发布进度feedback
for(int i=1; i<=10; i++)
{
feedback.percent_complete = i * 10;
as->publishFeedback(feedback);
r.sleep();
}
// 当action完成后，向客户端返回结果
ROS_INFO("Dishwasher %d finish working.", goal->dishwasher_id);
as->setSucceeded();
}
int main(int argc, char** argv)
{
ros::init(argc, argv, "do_dishes_server");
ros::NodeHandle n;
// 定义一个服务器
Server server(n, "do_dishes", boost::bind(&execute, _1, &server), false);
// 服务器开始运行
server.start();
ros::spin();
return 0;
}如何实现一个动作客户端
-
初始化ROS节点
-
创建动作客户端实例
-
连接动作服务端
-
发送动作目标
-
根据不同类型的服务端反馈处理回调函数
#include <actionlib/client/simple_action_client.h>
#include "learning_communication/DoDishesAction.h"
typedef actionlib::SimpleActionClient<learning_communication::DoDishesAction> Client;
// 当action完成后会调用该回调函数一次
void doneCb(const actionlib::SimpleClientGoalState& state,
const learning_communication::DoDishesResultConstPtr& result)
{
ROS_INFO("Yay! The dishes are now clean");
ros::shutdown();
}
// 当action激活后会调用该回调函数一次
void activeCb()
{
ROS_INFO("Goal just went active");
}
// 收到feedback后调用该回调函数
void feedbackCb(const learning_communication::DoDishesFeedbackConstPtr& feedback)
{
ROS_INFO(" percent_complete : %f ", feedback->percent_complete);
}
int main(int argc, char** argv)
{
ros::init(argc, argv, "do_dishes_client");
// 定义一个客户端
Client client("do_dishes", true);
// 等待服务器端
ROS_INFO("Waiting for action server to start.");
client.waitForServer();
ROS_INFO("Action server started, sending goal.");
// 创建一个action的goal
learning_communication::DoDishesGoal goal;
goal.dishwasher_id = 1;
// 发送action的goal给服务器端，并且设置回调函数
client.sendGoal(goal, &doneCb, &activeCb, &feedbackCb);
ros::spin();
return 0;
}配置CMake文件
add_executable(DoDishes_client src/DoDishes_client.cpp)
target_link_libraries(DoDishes_client ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(DoDishes_client ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS})
add_executable(DoDishes_server src/DoDishes_server.cpp)
target_link_libraries(DoDishes_server ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(DoDishes_server ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS})七.分布式通信
-
设置IP地址,保证底层链路的联通
-
在从机端设置ROS_MASTER_URI,让从机找到ROS Master
sudo nano ~/.bashrc
$export ROS_MASTER_URI=http://hcx-pc:11311- 主机端启动ROS Master和小海龟仿真节点
roscore
rosrun turtlesim turtlesim_node4.从机端发布一个速度控制消息
rostopic pub /turtle1/cmd_vel 后面tab补全八.ROS中的关键组件
Launch文件:通过XML文件实现多节点的配置和启动(可自动启动ROS Master)
1.
launch文件的根元素采用
2.
启动节点
<node pkg="package-name"type="executable-name"name="node-name"/>
pkg:节点所在的功能包名称
type:节点的可执行文件名称
name:节点运行时的名称
output、respawn、required、ns、args
3./
设置ROS系统运行中的参数，存储在参数服务器中
name: 参数名
value: 参数值
调用：
<node name="node"pkg="package"type="type"args="$(arg arg-name)"/>
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：映射之后的命名
包含其他launch文件，类似C语言中的头文件包含
file:包含的其他launch文件路径
TF坐标变换
sudo apt-get install ros-melodic-turtle-tf
roslaunch turtle_tf turtle_tf_demo.launch
rosrun turtlesim turtle_teleop_key
rosrun tf view_frames查看坐标关系
rosrun tf tf_echo turtle1 turtle2如何实现一个TF监听器
-
定义TF监听器
-
查找坐标变换
#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;
};如何实现一个TF广播器
-
定义TF广播器
-
创建坐标变换值
-
发布坐标变换
#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;
};如何编译代码
add_executable(turtle_tf_broadcaster src/turtle_tf_broadcaster.cpp)
target_link_libraries(turtle_tf_broadcaster ${catkin_LIBRARIES})
add_executable(turtle_tf_listener src/turtle_tf_listener.cpp)
target_link_libraries(turtle_tf_listener ${catkin_LIBRARIES})launch文件
Qt工具箱
-
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
九.机器人里程计测距原理
-
根据单位时间内产生的脉冲数计算电机/轮子的旋转圈数
-
根据轮子的周长计算机器人的运动速度
-
根据机器人的运动速度积分计算里程
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