ROS入门

机器人操作系统入门

宋智雄

3132人浏览 · 2023-03-15 22:48:34

宋智雄 · 2023-03-15 22:48:34 发布

liunx系统常见指令

1.1 打开终端快捷键

ctrl+alt+t

1.2，ls 然后回车显示当前文件夹下的内容

ls是list列出清单的简写

1.3 mkdir 在当前文件夹下新建文件夹

mkdir=make directory 创建新的目录

1.4 cd 改变当前目录

cd =change directory 改变当前目录

1.5 cd .. 返回上一级目录

1.6 cd ~返回主文件夹

~=/home/用户名/当前用户主文件夹

1.7 tab键可以用于补全指令或者目录名

自动补全：

1.7 gedit 文本编辑器

gedit 我在这里.txt

然后：

1.8 source 指令

source=执行文件中的指令序列

例子：

先用gedit 编写一个command.sh文件

内容：

echo 我来了
echo 我走了
echo 我又来了

echo意思是显示

然后

执行source

总结：在Linux系统中我们通过.sh文件用source来加载运行

1.9 ~/.bashrc文件 ~/.bashrc=终端程序启动脚本

~/.bashrc一般是看不到的，怎么才能看到 ~/.bashrc文件？

ls -a 查看所有文件

终端程序启动脚本=每次进入终端程序的时候都会首先执行这个文件

所有我们其实可以用这个文件完成一些环境变量的赋值工作

例子：通过修改/.bashrc来完成环境变量的赋值与设置的工作

1.gedit ~/.bashrc

文本编辑工作，编辑主文件夹下的.bashrc文件

gedit ~/.bashrc   ##  ~ 主文件夹

课堂截图：

1.10 sudo 执行管理员

sudo apt install xxx  安装软件命令

2.ROS安装

ROS类似于安卓手机系统

APT类似于软件商城

包类似于软件

包把有联系的节点装在一起，不同的包

3.ROS除了apt中的包还有哪里有ros中的包？

进入ros官网

输入网址：

index.ros.org

官网

基本上常用的ROS软件包官网上都有

然后我们点击PACKAGE LIST 软件包列表

也就是：

PACKAGE LIST有ROS商店中所有的软件包

进入后页面：

排名越上的软件包越新

随便点击一个软件包进入：

如何使用ros官网的软件包，使用步骤？

（假设我们要下载上面截图中的那个软件包MVSIM）

打开终端，输入：

sudo apt update ros-Melodic-gtsam

然后启动ROS核心（就像安卓的app要启动·安卓系统一样）

roscore

然后输入

rosrun planner_cspace planner_cspace

注意planner_cspace出现了两遍，一遍是包的名称，一遍是节点的名称

然后用rosrun运行小乌龟

课程截图：

4.开源自由市场 GitHub

打开浏览器，输入GitHub: Let’s build from here · GitHub

GitHub: Let’s build from here · GitHub

由于 GitHub上的ros软件包都是以源码存在

源码需要编译才能运行

所以我们要先建立一个工作空间来进行源代码编译

工作空间怎么建立？

输入 mkdir catkin_ws 建立一个文件夹

mkdir catkin_ws

然后

 cd catkin_ws

进入文件夹

然后mkdir src创建子目录

课堂截图：

下载源代码之前还需要安装git这个工具

sudo apt install git

准备工作完成后回到网站,我们试着下载一个wpr_simulation的软件包

找到下面这一项

点击进入

进入之后点击code绿色的

弹出了一个小窗口

我们点击复制网址

https://github.com/6-robot/wpr_simulation.git

然后切换回终端程序，在src文件下输入

git clone https://github.com/6-robot/wpr_simulation.git

正在克隆

我们可以查看文件中具体有些什么

使用脚本安装需要编译的依赖库

终端输入：

./install_for_melodic.sh

所有依赖包安装完成之后，我们就可以回到工作空间的入口位置，准备开始编译

在~/catkin_ws目录下运行catkin_make对src所有源代码进行编译

然后我们要运行包里的一些功能

首先我们要catkin_ws的工作空间里的环境参数加载到终端程序中如果不加载，那就会报错提示找不到里面的软件包

使用source指令载入工作空间的环境设置

在终端里输入：

 source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

然后使用roslaunch运行编译好的ros程序

 roslaunch wpr_simulation wpb_simple.launch

运行成功

把工作空间的source指令添加到终端程序初始化脚本中~/.bashrc文件里，这样每次打开终端就可以马上运行ros程序（以免忘记设置）

在终端程序中输入个gedit ~/.bashrc

gedit ~/.bashrc

来到文件末尾

加上source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

5.ros官网软件包中的源代码

ros官网软件包中的源代码在github中都开源了，那么我们怎么来找到他呢？

我们再次来到官网，进入

github网址

点击进入

6.世界上最好的代码工具vscode,没有之一

安装

鱼香

导入工作空间

vscode界面

导入工作空间

点击进入主文件夹，双击catkin_ws进入

选择src

然后点击添加

这时候可以在列表里看见src目录里的内容

3.安装辅助插件

安装ros插件

安装cmake插件

安装括号颜色插件

4.设置编译快捷键

同时按下ctrl+shift+B

选择这一项：

我们还可以：

按下ctrl+shift+B

点击小齿轮

将"group": "build",改成"group":{"kind":"build",isDefault":true}, 表示这个键为编译的默认操作！

然后ctrl保存，然后关闭。

然后我们按下ctrl+shift+B就自动编译了

7.Terminator简介

超级终端工具terminator，多窗口应用。

例子：打开前面的仿真例子，看看两个终端对比。

系统自带：

打开终端，输入

roscore

启动ros

打开新终端，输入

roslaunch wpr_simulation wpb_simple.launch

打开仿真

然后逐个终端ctrl+c退出

Terminator：

Terminator安装：

打开终端输入

sudo apt install terminator

启动Terminator：

按下ctrl+alt+t启动Terminator

输入

roscore

启动ros系统

鼠标右键弹出菜单，选择水平分割

最后ctrl+c关闭

Terminator快捷键：

E O w

CTrl+shift+e 分成左右

CTrl+shift+o 分成上下

3alt加方向键，移动终端

4.CTrl+shift+w 撤回窗口

8.节点和包

ros中程序的基本组成单元，节点和包

假设我们要实现一个超声波节点，那么我们要怎么创建这个节点并完成编译勒？

由于节点必须有个上级组织包，因此我们得新建一个包

新建一个ssr_pkg的包

工作空间的设置

与上面过程相同，注意vscd也要配置。

创建pkg包

catkin_create_pkg<包名><依赖项列表>

那么依赖项又是什么呢？

答：在ros里面，我们通常要把节点中具有相互具有某种联系的节点放在一个包里面，但是有些包他跟很多很多节点都有联系，即产生了他即与软件包A有联系，又与软件包b有联系，那么那些通用节点我们就称为依赖项，比如roscpp,rospy,这种语言包，std_mags这种标准消息包。

我们在github上面下载的包通常是源码存在，需要编译生成可执行文件使用，但是依赖项的包通常就已经有可执行文件，不需要编译，通常我们在下载ros的时候就下载了这些依赖项，依赖项通常放在ros文件夹下面。

输入：catkin_create_pkg ssr_pkg rospy roscpp std_msgs，创建pkg包

我们可以打开src目录，看到我们创建的包：

打开vscd,查看cmakelists.txt

认识cmakelists.txt文件

最上面是编译器最低版本要求‘

第二排是我们的工程名

中间是寻找依赖包

认识package.xml文件

中间是维护者信息

包的名字，版本号，包的内容描述

开源协议

网址

依赖项

回访依赖项

我们可以通过roscd命令在终端中回访依赖项

比如roscd roscpp访问roscpp

之前一些环境变量配置的原因：

依赖项的package.xml与我们创建包的package.xml对比图：

创建node节点

在文件管理器中找到ssr_pkg

右键里面的src文件夹，选择新建文件

输入文件名chao_node.cpp

编辑代码：

#include<ros/ros.h>     //ros头文件

int main(int argc, char  *argv[])  //直接输入main，他会自动补其
{

    ros::init(argc,argv,"chao_node");  //ros节点初始化，节点与ros建立链接
    printf("我的枪去而复返，你的生命有去无回!\n");
    while(ros::ok)  //用ros::ok代替while里面
 {
    printf("别投我还能秀!\n");
 }
    return 0;
}

ctrl+s保存代码

打开cmakelists.txt为新建节点添加编译规则

在注释里找到Build的章节

在这个章节里找到Declare a c++ executable 这一小节

找到这个声明指令

# add_executable(${PROJECT_NAME}_node src/ssr_pkg_node.cpp)

把他粘贴在最末尾

去掉#号，这条指令就是给我们的节点生成可执行文件

指令里这个是可执行文件名字：

我们要把可执行文件和包名一致

chao_node

后面这个表示是从哪个代码文件进行编译

我们就指定是src目录下的chao_node.cpp

结果图：

add_executable(chao_node src/chao_node.cpp)

然后按下ctrl+s保存

ctrl+shift+b进行编译

运行node节点

按下ctrl+alt+t打开终端

输入roscore运行ros系统核心

ctrl+shift+o分开新的终端

运行node节点：输入rosrun<包名><节点文件名>

rosrun ssr_pkg chao_node

结果图：

node节点的完善

首先我们先对节点进行初始化，只有初始化后的节点我们才认为与ros系统产生了链接，才能调用ros核心的各项功能。

在main函数的开头添加ros::init()函数,把main函数的argc和argv 传递过去,然后再加上节点的名称，把main函数里面的const删去。ctrl+s保存

ros::init(argc,argv,"chao_node");

打开cmakelists.txt文件来生成库函数的链接

不然就会报错：

同样我们在注释里面的build章节，找到specify libraries详细描述要链接的库这一项

把后面的#复制下来粘贴到最后面，将#号都去掉

将节点名称改为我们的chao_node,其他不变,然后ctrl+s保存

最后ctrl+shift+b编译哦

编译成功：

9.topic话题通讯

以超声波传感器chao_node节点为例子

topic

只有两个节点的情况

话题topic是节点间进行持续通讯的一种形式

话题通讯是两个节点通过话题的名称（类似于QQ群）建立起话题的通讯连接。

话题中通讯的数据，叫做消息message.

消息message通常会按照一定频率持续不断地发送，以保证消息数据的实时性。

消息的发送方叫做话题的发布者publisher

消息的接收方叫做话题的发布者sublisher

实际任务中，多个节点情况

一个话题可以多个发布者，也可以有多个订阅者

有些情况下，我们需要一个话题多个发布者，此时应该注意控制好节点的发言顺序，不然机器人就会面对多个相互冲突的指令。

一个Ros节点网络里，可以有多个话题

一个节点可以对多个话题进行订阅，也可以发布多个话题

4不同的传感器消息通常会有各自独立话题名称，每个话题只有一个发布者

5.机器人速度指令话题通常有多个发布者，但是同一时间只能有一个发言人

message

(可以粗暴的把消息类型理解为结构体类型）

查看std_mags之前依赖包的标准消息包，进入官网查看

编写publisher发布者节点

先写chao_node节点发布者

在前面的基础上

#include<ros/ros.h>

int main(int argc, char  *argv[])  //直接输入main，他会自动补其
{

    ros::init(argc,argv,"chao_node");
   printf("我的枪去而复返，你的生命有去无回!\n");
  while(ros::ok)
 {
    printf("别投我还能秀!\n");
 }
    return 0;
}

首先要确定话题名称，齐次在确定chao_node的消息类型

先创建一个NodeHandle对象，名称叫做nh,这个对象是节点和ros通讯的关键，可以把他理解为一位管家，ros就是由这位管家打理的一所豪宅，我们有什么需要直接吩咐管家就行

我们在编写publisher对象，publisher是我们发送消息的工具，可以把他理解为能往QQ群里发送消息的手机

接下来就拜托大管家NodeHandle，我们用泛型函数advertise函数<我们想发送的消息类型>（话题的参数）话题参数=（“话题名称（qq群名称）”，消息缓存长度） //构建消息发送对象

消息缓存长度过短的话，最先到达的消息如果没来的及处理得话就会被丢企，消息处理周期都要点时间、

#include<ros/ros.h>
#include<std_msgs/String.h>
int main(int argc, char  *argv[])  //直接输入main，他会自动补其
{

    ros::init(argc,argv,"chao_node");
 printf("我的枪去而复返，你的生命有去无回!\n");
 ros::NodeHandle nh;
 ros::Publisher pub=nh.advertise<std_msgs::String>("快上车开黑群",10);
 
 while(ros::ok)
 {
    printf("我要刷屏了!\n");
    std_msgs::String  msg; //生成消息包，std_bmsgs::消息类型 消息包名称（可以随便取个名字）
    msg.data="国服马超，代飞"; //消息内容  字符串类型格式 名称.data="内容"；
    //最后把消息包发给我们的大管家交给我们的手机里面
    pub.publish(msg);
 }
    return 0;
}

设置频率后

#include<ros/ros.h>
#include<std_msgs/String.h>
int main(int argc, char  *argv[])  //直接输入main，他会自动补其
{

    ros::init(argc,argv,"chao_node");
 printf("我的枪去而复返，你的生命有去无回!\n");
 ros::NodeHandle nh;
 ros::Publisher pub=nh.advertise<std_msgs::String>("快上车开黑群",10);
  ros::Rate  loop_rate(10);                       //利用ros生成频率对象，一秒钟十次
 // ros::Rate 名称（一秒钟几次
 while(ros::ok)
 {
    printf("我要刷屏了!\n");
    std_msgs::String  msg; //生成消息包，std_bmsgs::消息类型 消息包名称（可以随便取个名字）
    msg.data="国服马超，代飞"; //消息内容  字符串类型格式 名称.data="内容"；
    //最后把消息包发给我们的大管家交给我们的手机里面
    pub.publish(msg);
    //接着在while循环里面  loop_rate.sleep():响应前面的频率，给循环造成段时间堵塞
    loop_rate.sleep();
 }
    return 0;
}

运行新节点

启动ros核心。..

出现报错，由于默认的话题名称不能是中文。

启动chao_node节点

查看当前ros活跃话题名称

rostopic list

查看消息内容

rostopic echo /kuai_shang_che_kai_hei_qun

由于是中文，都是编码

用echo -e 内容可以查看

echo -e "\u56FD\u670D\u9A6C\u8D85\uFF0C\u4EE3\u98DE"

查看消息发送的频率

rostopic hz 接话题名称kuai_shang_che_kai_hei_qun

rostopic hz /kuai_shang_che_kai_hei_qun

yao_node

#include<ros/ros.h>
#include<std_msgs/String.h>
int main(int argc, char  *argv[])  //直接输入main，他会自动补其
{

    ros::init(argc,argv,"yao_node");
 printf("过去生于未来!\n");
 ros::NodeHandle nh;
 ros::Publisher pub=nh.advertise<std_msgs::String>("ye_wang_gei_gei",10);
  ros::Rate  loop_rate(10);                       //利用ros生成频率对象，一秒钟十次
 // ros::Rate 名称（一秒钟几次
 while(ros::ok)
 {
    printf("我要刷屏了!\n");
    std_msgs::String  msg; //生成消息包，std_bmsgs::消息类型 消息包名称（可以随便取个名字）
    msg.data="骑在你头上"; //消息内容  字符串类型格式 名称.data="内容"；
    //最后把消息包发给我们的大管家交给我们的手机里面
    pub.publish(msg);
    //接着在while循环里面  loop_rate.sleep():响应前面的频率，给循环造成段时间堵塞
    loop_rate.sleep();
 }
    return 0;
}

编写Subscriber订阅者节点

创建订阅者节点

新建包

cd catkin/src/
catkin_create_pkg atr_pkg rospy roscpp std_msgs

编辑订阅者节点

#include<ros/ros.h>
#include<std_msgs/String.h>
void chao_callback(std_msgs::String  msg)  //回调函数，我们可以理解为对消息包到来的一个响应，类似单片机的中断函数，每当一个新的消息包来到节点，ros系统就会在后台调用这个回调函数，系统自动调用，我们不用手动调用，这个函数传过来的消息就是最新获取的消息包对象（std_msgs::String mag
{
//printf(msg.data.c_str());//msg.data.c_str()把string类型装欢成字符📔
ROS_INFO(msg.data.c_str());//显示时间函数
printf("\n");

}

void yao_callback(std_msgs::String  msg)  //回调函数，我们可以理解为对消息包到来的一个响应，类似单片机的中断函数，每当一个新的消息包来到节点，ros系统就会在后台调用这个回调函数，系统自动调用，我们不用手动调用，这个函数传过来的消息就是最新获取的消息包对象（std_msgs::String mag
{
//printf(msg.data.c_str());//msg.data.c_str()把string类型装欢成字符📔
ROS_WARN(msg.data.c_str());//显示时间函数
printf("\n");

}

int main(int argc, char *argv[])
{
setlocale(LC_ALL,"");//可以后面的显示中文
   //初始化节点
    ros::init(argc,argv,"ma_node");

    ros::NodeHandle nh;
    ros::Subscriber  sub=nh.subscribe("kaui_shang_che_kai_hei_qun",10,chao_callback);   //sub对象理解为一个能够从指定的qq群接收消息的手机
                                                       //后面的意思是表示这个手机从大管家这里来
                                                       //（“话题名称”，缓存长度,回调函数）
   ros::Subscriber  sub2=nh.subscribe("ye_wang_gei_gei",10,yao_callback);  
//使执行完默认操作后，一直保持运行状态
while(ros::ok)
{
ros::spinOnce();//一定不能少这个函数，这个函数的意思是节点在忙自己的事情时，抽空往其他节点看一眼，看有没有新的消息包接收到


}
    return 0;
}

话题是谁的话题？

ros系统共同创建的

使用launch文件启动节点

打开四个终端运行所有节点很繁琐，有没有什么方法能一次性运行所有节点？launch文件

新建文件夹launch

新建文件kai_hei.launch

<launch>

<node pkg="ssr_pkg" type="yao_node" name="yao_node"/>

<node pkg="ssr_pkg" type="chao_node" name="chao_node"/>

<node pkg="atr_pkg" type="ma_node" name="ma_node" output="screen"/>


</launch>

终端输入

roslaunch atr_pkg kai_hei.launch

roslaunch atr_pkg kai_hei.launch

启动launch文件

机器人运动控制

启动之前的仿真包

roscore
 roslaunch wpr_simulation wpb_simple.launch

打开终端，创建软件包vel_pkg

cd catkin_ws/src/
catkin_create_pkg vel_pkg roscpp rospy geometry_msgs // geometry_msgs速度消息类型软件包

在src里创建vel_node节点文件

使用rviz观测传感器数据

先打开之前的仿真环境

然后输入rviz

打开rviz

首先把这个fixed frame 修改成base_footprint

然后添加机器人模型

点击add添加

添加激光雷达显示条目

话题添加

为了更明显，把size改为0.03

保存配置：

file-save config -保存文件名lidar.rviz

打开保存的rviz文件？

点击file

roslaunch wpr_simulation wpb_rviz.launch

就会出现一个配置好的rviz界面

ros系统里的激光雷达的消息包格式

我们先启动仿真

将机器人围起来

然后启动配置好的rviz文件

可以看到机器人周围有一圈红色的点阵，这些一连串的点就是激光雷达要描述的数据

用c++实现获取激光雷达数据

我们先打开仿真包

1进入仿真包工作空间

 cd catkin_ws/src/wpr_simulation

2将仿真包更新到最新

git pull

先创建软件包

catkin_create_pkg lidar_pkg roscpp rospy sensor_msgs

sensor_msgs为包含雷达消息的软件包

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1.3 mkdir 在当前文件夹下新建文件夹

1.4 cd 改变当前目录

1.5 cd .. 返回上一级目录

1.6 cd ~返回主文件夹

1.7 gedit 文本编辑器

1.8 source 指令

source=执行文件中的指令序列

1.9 ~/.bashrc文件 ~/.bashrc=终端程序启动脚本

1.10 sudo 执行管理员

2.ROS安装

3.ROS除了apt中的包还有哪里有ros中的包？

4.开源自由市场 GitHub

5.ros官网软件包中的源代码

6.世界上最好的代码工具vscode,没有之一

安装

导入工作空间

3.安装辅助插件

安装ros插件

安装cmake插件

安装括号颜色插件

4.设置编译快捷键

7.Terminator简介

系统自带：

Terminator：

Terminator快捷键：

CTrl+shift+e 分成左右

CTrl+shift+o 分成上下

3alt加方向键，移动终端

4.CTrl+shift+w 撤回窗口

8.节点和包

假设我们要实现一个超声波节点，那么我们要怎么创建这个节点并完成编译勒？

新建一个ssr_pkg的包

认识cmakelists.txt文件

认识package.xml文件

创建node节点

运行node节点

node节点的完善

9.topic话题通讯

topic

message

编写publisher发布者节点

yao_node

话题是谁的话题？

使用launch文件启动节点

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