ROS Indigo 入门速查笔记

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作者：宋洋鹏（youngpan1101）
邮箱： yangpeng_song@163.com

1. 安装和配置 ROS 环境

$ export | grep ROS （查看 ROS 相关的环境变量）

$ mkdir -p ~/catkin_ws/src
$ cd ~/catkin_ws/src
$ catkin_init_workspace （建立一个 catkin 工作空间）

$ cd ~/catkin_ws
$ catkin_make  # 编译指定包 ： $ catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES="package1;package2"

$ echo "source $HOME/catkin_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc （让新打开的 shell 自动添加环境变量）
$ source ~/.bashrc（使环境变量设置立即生效）

$ echo $ROS_PACKAGE_PATH （查看自己建立的工作空间的目录是否在环境变量中）

2. 文件系统导航

$ rospack find [package_name] （返回 package 的路径）

$ roscd [package_name[/subdir]] （改变目录至 package 根目录或 package 的子目录）

$ roscd log （进入ROS储存log文件的文件夹）

$ rosls [package_name[/subdir]] （列出指定 package 中的目录）

$ cd ~/catkin_ws/src 
$ catkin_create_pkg [package_name] [depends_name] （创建一个 catkin package）

$ rospack depends1 [package_name] （查看 package 的第一层依赖）
$ rospack depends [package_name] （查看 package 的所有递归的嵌套依赖）

3. 编译 ROS Package

# In a catkin workspace
$ catkin_make [make_targets] [-DCMAKE_VARIABLES=...] （必须在 catkin 工作空间的顶层使用该命令）

• ~/catkin_ws/build：编译空间的默认位置。
• ~/catkin_ws/src：存储源文件、Python 库、脚本，以及其他的静态文件。
• ~/catkin_ws/devel：存储编译所产生的文件，像库文件、可执行文件以及产生的代码。

4. 理解 ROS Node

• Node（节点）
  • 一个 Node 就是一个可执行程序
  • 它使用 ROS 可以和其他节点进行通信
  • Node 也可以向 Topic 发起发布或者订阅
  • Node 也可以提供或者使用一个 Service
• Message（消息）：ROS 中订阅或者发布给 Topic 的一种数据类型。
• Topic（话题）：Node 可以发布 Message 给一个 Topic，也可以订阅一个 Topic 去接受它的 Message。
• Master（主机）：是 ROS 的名字服务器，为 ROS 提供名称服务（比如帮助 Nodes 找到彼此）。

$ roscore （在使用 ROS 之前首先运行的程序）

$ rosnode list （显示了正在运行的 ros node 的信息）

$ rosnode info [node_name] （可以返回特定 node 的信息）

$ rosrun [package_name] [node_name] （运行某 package 的某个 node）

$ rosnode ping [node_name] （测试 node 是否正在运行）

$ rosnode cleanup （用 Ctrl+c 结束 node 进程，在 rosnode list 命令时还会看到该 node，可以用该命令清理）

5. 理解 ROS Topic

$ rosrun rqt_graph rqt_graph （显示现在正在运行的各种 topic 和 node）

$ rostopic echo [topic] （查看发布在指定 topic 上的具体数据）

$ rostopic hz [topic] （报告数据发布的速度）

$ rostopic list （列出现在所有被订阅和发布的 topic）
$ rostopic list -v （显示详细的一系列 topic 的相关信息，包括发布的，订阅的和它们的类型）

$ rostopic type [topic] （返回 topic 发布的 message 类型）
$ rostopic type [topic] | rosmsg show （返回详细的 topic 发布的 message 信息）

$ rostopic pub [topic] [msg_type] [args] （把数据发布到正被广播的 topic 上）
[ex1]$ rostopic pub -1 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist -- '[2.0, 0.0, 0.0]' '[0.0, 0.0, 1.8]' （"-1" 表示 rostopic 只发布一条 message 然后退出，双虚线告诉选项剖析器接下来的参数都不是参数选项）
[ex2]$ rostopic pub /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist -r 1 -- '[2.0, 0.0, 0.0]' '[0.0, 0.0, 1.8]' （ "-r 1" 以 1HZ 的速度去发布速度命令给 topic）

$ rosrun rqt_plot rqt_plot（以时间轴的形式显示发布在 topic 上的数据）

6. 理解 ROS service 和 parameter

• ROS service 是 nodes 之间进行通信的$另一种方式$。
• service 允许 nodes 之间 发送请求 和 接受应答。

$ rosservice list （列出现在所有可使用的 services）

$ rosservice type [service] | rossrv show （查看 service 的具体参数）

$ rosservice call [service] [args] （调用 service）

• rosparam 允许你储存和操作在 ROS parameter server 上的数据

$ rosparam list （列出参数服务器上所有参数）

$ rosparam get [param_name] （获得参数的值）
$ rosparam set [param_name] （改变参数的值）

$ rosparam get / （显示整个参数服务器的内容）

$ rosparam dump [file_name] [namespace] （把所有参数都写入 namespace/file_name）
[ex]$ rosparam dump params.yaml

$ rosparam load [file_name] [namespace] （加载 namespace/file_name 的所有参数）
[ex]$ rosparam load params.yaml copy

7. 理解 rqt_console 和 roslaunch

• 使用 rqt_console 和 rqt_logger_level 来$调试$
  • rqt_console：附着在 ROS logging 框架上去显示 nodes 的输出结果。
  • rqt_logger_level：允许我们去改变 nodes 运行时候的信息显示级别（调试，警告，信息和错误）。

$ rosrun rqt_console rqt_console （运行 rqt_console）

$ rosrun rqt_logger_level rqt_logger_level （运行 rqt_logger_level）

• logger 级别：Fatal > Error > Warn > Info > Debug （Fatal 级别最高）

  通过设置 logger 级别，你会得到这个$优先级别或更高级别$的 message。
  比如，通过设置级别为 Warn， 我们会得到所有的 Warn，Error 和 Fatal 的记录消息。

• 使用 roslaunch （launch 文件解析）:
  $ roslaunch [package] [filename.launch]

example:
$ roscd beginner_tutorials
$ mkdir launch （创建一个 launch 目录）
$ cd launch
创建一个叫做 turtlemimic.launch 的 launch 文件:
<launch>
    <!-- 在此处添加注释 -->
    <group ns="turtlesim1">
        <node pkg="turtlesim" name="sim" type="turtlesim_node"/>
    </group>

    <group ns="turtlesim2">
        <node pkg="turtlesim" name="sim" type="turtlesim_node"/>
    </group>

    <node pkg="turtlesim" name="mimic" type="mimic">
        <remap from="input" to="turtlesim1/turtle1"/>
        <remap from="output" to="turtlesim2/turtle1"/>
    </node>

</launch>
$ roslaunch beginner_tutorials turtlemimic.launch （用 roslaunch 启动 launch 文件）
$ rostopic pub /turtlesim1/turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist -r 1 -- '[2.0, 0.0, 0.0]' '[0.0, 0.0, -1.8]' （看到即使命令只是发布给 turtlesim1 但是两个小乌龟都开始运动）

8. 使用 rosed 编辑 ROS 文件

• 通过 package 的名字直接编辑一个 package 中的文件而$不用输入\mathrm{p}\mathrm{a}\mathrm{c}\mathrm{k}\mathrm{a}\mathrm{g}\mathrm{e}的整个路径$。

$ rosed [package_name] [filename]
[ex]$ rosed roscpp Logger.msg

9. 创建 msg 和 srv

• msg
  • msg 文件是描叙 ROS message 字段的简单$文本文件$（每行有字段类型和字段名字）。
  • msg 文件用来 为 message 产生不同程序语言的源代码。
• srv
  • 一个 srv 文件描叙了一种$服务$。
  • 它由两部分组成：请求 和 响应。
• msg 和 srv 使用的$字段类型$有：
  • int8, int16, int32, int64 (plus uint*)
  • float32, float64
  • string
  • time, duration
  • variable-length array[] and fixed-length array[C]
  • Header header（包含一个时间戳和一个 ROS 中运用很普遍的坐标系信息，在 msg 文件中很常见）
• srv 文件类似于 msg 文件，$不同之处$是它有两个部分：一个请求 和 一个应答，这两个部分由 ‘- - -’ 线分隔。
• 使用 msg

  • 创建一个 msg

     $ roscd beginner_tutorials
     $ mkdir msg
     $ echo "int64 num" > msg/Num.msg （将 "int64 num" 写入到 msg/Num.msg 文件中）
    
     // 让 msg 文件能够转化为 C++,Python 源代码或者其它语言，打开 package.xml 文件，需要添加：
     // 编译的时候需要 "message_generation"
     <build_depend>message_generation</build_depend>      
     // 运行的时候需要 "message_runtime"
     <run_depend>message_runtime</run_depend>
    
     //增加 message_generation 依赖到 CMakeLists.txt 中已经存在的 find_package 调用中，这样就可以产生 message
     //有时候你会发现即使你没有调用有所有依赖的 find_package, 工程编译也没错。
     //这是因为 catkin 结合了你的所有工程，所以如果你之前的工程调用过 find_package, 那么你的配置会是一样的。
     //忘记调用意味着你的工程在独自编译时会轻易的中断
     find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
        roscpp
        rospy
        std_msgs
        message_generation
     )
    
     //确认输出 message 运行时的依赖
     catkin_package(
       ...
       CATKIN_DEPENDS message_runtime
       ...
     )
    
     //增加 messages 文件
     add_message_files(
       FILES
       Num.msg
     )
    
     //保证 generate_messages() 函数能被调用
     generate_messages(
       DEPENDENCIES
       std_msgs
     )
    
     //重新生成 package
     $ cd ../..
     $ catkin_make
    

    • 使用 rosmsg

    $ rosmsg show [message type]   
    
    [ex]$ rosmsg show beginner_tutorials/Num
    [ex]>> int64 num
    
    [ex]$ rosmsg show Num （如果你不记得 msg 在哪个 package 里面，你可以列出 msg 的名字）
    

• 使用 srv
  • 创建一个 srv

    $ roscd beginner_tutorials
    $ mkdir -p srv/AddTwoInts.srv
     
    //srv/AddTwoInts.srv 添加内容：
     int64 a
     int64 b
     ---
     int64 sum
    
    //保证 srv 文件转变为了 C++, Python 和其他语言代码，修改 package.xml 文件：  
    <build_depend>message_generation</build_depend>
    <run_depend>message_runtime</run_depend>
    
    //在 CMakeLists.txt 中添加 messager_generatoin 依赖
    find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
        roscpp
        rospy
        std_msgs
        message_generation
    )        
    
    //增加 services 文件
    add_service_files(
      FILES
      AddTwoInts.srv
    )
    
    //重新生成 package
    $ cd ../..
    $ catkin_make
    

   - 使用 **rossrv**   
     ```
     $ rossrv show <service type>
     
     [ex]$ rosmsg show beginner_tutorials/AddTwoInts
     [ex]>> 
   		    int64 a
   			int64 b
   			 ---
   			int64 sum
  
     [ex]$ rosmsg show AddTwoInts （如果你不记得 service 在哪个 package 里面，你可以列出 service 的名字）	  
  

10. 用 C++ 去写简单的发布者和订阅者

• 写一个$发布者\mathrm{N}\mathrm{o}\mathrm{d}\mathrm{e}$：创建一个会不断广播 message 的发布者(“talker”) node
  src/talker.cpp

• 步骤
  • 初始化 ROS 系统
  • 广告给 master 我们将要发布 std_msgs/String message 到 chatter topic 上
  • 在发布 message 的时候循环以满足 10 次每秒钟 (10Hz)
• 代码内容
  ```
  // 包含了最常用的ROS系统部分所必须的一些头文件
  #include “ros/ros.h”

 // 包含了 std_msgs package 中的 std_msgs/String message
 #include "std_msgs/String.h" 
 
 #include <sstream>


 // This tutorial demonstrates simple sending of messages over the ROS system.
 
 int main(int argc, char **argv)
 {
   // 初始化 ROS，指定 node 的名字
   ros::init(argc, argv, "talker");
   
   // 创建一个 handle，用来初始化 node
   ros::NodeHandle n;
   
  /**
    * 让 master 告诉所有的 nodes 听取 chatter 这个 topic，在这个 tpoic 上有我们将要发布数据。
    * 第二个参数是发布队列的大小．这样的话如果我们发布的太快，在开始丢弃之前的 message 前，它会最大缓冲是 1000 个 messages。
    * NodeHandle::advertise() 返回一个 ros::Publisher 的对象，它有两个作用：
    * （１）它允许你发布 message 到它创建的 topic 上的 publish()；
    * （２）当它超出范围时，会自动解除广播。
    **/
   ros::Publisher chatter_pub = n.advertise<std_msgs::String>("chatter", 1000);
   
   // ros::Rate 对象会指定一个你想循环的频率
   // 它会跟踪距离上次调用 Rate::sleep(), 有多长时间了，并且休眠正确长度的时间
   ros::Rate loop_rate(10);

   int count = 0;
   
   // 一旦 ros::ok() 返回错误，所有的 ROS 调用都会失败
   while (ros::ok())
   {
     // std::stringstream convert to std_msgs::String
     std_msgs::String msg;
     std::stringstream ss;
     ss << "hello world " << count;
     msg.data = ss.str();
    
     // ROS_INFO 和它的友元类都是用来替代 printf/cout 的
     ROS_INFO("%s", msg.data.c_str());
     
     // 向任何一个连接上的人广播这个 message	
     chatter_pub.publish(msg);

     /*
      * 对于这个程序调用 ros::splinOnce() 不是必要的，因为我们不会接受到任何回叫信号。
      * 然而，如果你打算为这个应用添加一个订阅，并且没有调用 ros::splinOnce(), 你绝不会得到回叫信号，所以还是添加的好。
      */
     ros::spinOnce();

     // 使用 ros::Rate 对象去空耗掉剩下的时间以满足10hz的发布速度
     loop_rate.sleep();

     ++count;
   }

   return 0;
 }

- 写一个$color{Red}{订阅者 {rm Node}}$
  **src/listener.cpp** 
    > - 步骤
    >    - 初始化 ROS 系统
    >    - 订阅 chatter topic
    >    - Spin，等待 message 到来
    >    - 当一个 message 到来时，chatterCallback() 函数被调用
    > - 代码内容   
	```
	 #include "ros/ros.h"
	 #include "std_msgs/String.h"
	
	// This tutorial demonstrates simple receipt of messages over the ROS system.	 
   
    /**
     * 当一个新的 message 抵达 chatter topic 时这个回调函数会被调用。
     * 这个 message 以 boost shared_ptr 的形式传递，这意味着你可以储存它，而不用担心它会被删除，并且无需拷贝底层的数据。
     **/
	void chatterCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg)
	{
	  ROS_INFO("I heard: [%s]", msg->data.c_str());
	}
	
	int main(int argc, char **argv)
	{
	  // 初始化 ROS，指定 node 的名字
	  ros::init(argc, argv, "listener");
	
	  // 创建一个 handle，用来初始化 node	
	  ros::NodeHandle n;
	  
	  /**
	   * 在master启动的前提下订阅chatter topic，ROS会调用chatter Callback()函数只要一个新的message到达时。
	   * 第二个参数是队列的大小，假设我们没有足够的能力去使发送message足够的快。
	   * 这样的话，如果队列达到 1000 个 messages,随着新的 message 的到来，我们会开始丢掉旧的message。
	   **/ 
	  ros::Subscriber sub = n.subscribe("chatter", 1000, chatterCallback);
	
	  // ros::spin() 进入了一个循环，尽可能快地进行 message 回调
	  // ros::spin()会退出一旦ros::ok()返回错误
	  ros::spin();
	
	  return 0;
	}
	```
- **CMakeLists.txt**
  > 
	```
	 cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)
	 project(beginner_tutorials)
	
	 ## Add support for C++11, supported in ROS Kinetic and newer
	 # add_definitions(-std=c++11)
	
	 ## Find catkin macros and libraries
	 find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
	   roscpp
	   rospy
	   std_msgs
	   message_generation
	 )
	
	 ## System dependencies are found with CMake's conventions
  	 # find_package(Boost REQUIRED COMPONENTS system)
	
	 ## Generate messages in the 'msg' folder
	 add_message_files(
	    FILES
	    Num.msg
	 )
	
	 ## Generate services in the 'srv' folder
	 #add_service_files(
	 #   FILES
	 #   AddTwoInts.srv
	 #)
	
	 ## Generate added messages and services with any dependencies listed here
	 generate_messages(
	    DEPENDENCIES
	    std_msgs
	 )
	
 	 ## Declare a catkin package
	 catkin_package(
	   CATKIN_DEPENDS message_runtime
	 )
	
	 add_executable(talker src/talker.cpp)
	 target_link_libraries(talker ${catkin_LIBRARIES})
	 add_dependencies(talker beginner_tutorials_generate_messages_cpp)
	
	 add_executable(listener src/listener.cpp)
	 target_link_libraries(listener ${catkin_LIBRARIES})
	 add_dependencies(listener beginner_tutorials_generate_messages_cpp)
	```			
- 运行 nodes

$ roscd beginner_tutorials
$ cd …/…
$ catkin_make
$ roscore
$ rosrun beginner_tutorials talker （在新的终端里输入）
$ rosrun beginner_tutorials listener（在新的终端里输入）

### 11. 用 C++ 去写简单的 service 和 client
- 写一个 Service Node
**src/add_two_ints_server.cpp**：
> 
  ```
   #include "ros/ros.h"
  
   // 由之前创建的 srv/AddTwoInts.srv 产生的头文件
   #include "beginner_tutorials/AddTwoInts.h"
  
   // 这个函数用来使两个整数的相加,它吸收在srv文件中定义的 request 和 response 类型
   // 返回一个布尔量
   bool add( beginner_tutorials::AddTwoInts::Request  &req,
                    beginner_tutorials::AddTwoInts::Response &res )
   {
     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::init(argc, argv, "add_two_ints_server");
  
     ros::NodeHandle n; 
  
     // 这里 service 在 ROS 上被创建和广播
     ros::ServiceServer service = n.advertiseService("add_two_ints", add);
  
     ROS_INFO("Ready to add two ints.");
  
     ros::spin(); 
  
     return 0;
   }
  ```	  
  
- 写一个 Client Node
**src/add_two_ints_client.cpp**：
> 

 #include "ros/ros.h"	
 #include "beginner_tutorials/AddTwoInts.h"	
 #include <cstdlib>

 int main(int argc, char **argv)
 {	
   ros::init(argc, argv, "add_two_ints_client");
   	
   if (argc != 3)
   {
     ROS_INFO("usage: add_two_ints_client X Y");
     return 1;
   }

   ros::NodeHandle n;

   // 这里为 add_two_ints service 创建了一个 client，
   // ros::ServiceClient 对象后面被用来调用 service 。 
   ros::ServiceClient client = n.serviceClient<beginner_tutorials::AddTwoInts>("add_two_ints");

   beginner_tutorials::AddTwoInts srv;
   srv.request.a = atoll(argv[1]);
   srv.request.b = atoll(argv[2]);

   /** 
    * 这里实际上调用了 service，因为 service 的调用一直处于被阻塞状态,一旦调用结束它就会返回。
    * 如果 service 调用成功,call() 函数会返回真并且 srv.response 的值会有效；
    * 如果调用没有成功,call() 函数会返回错误并且 srv.response 的值会无效。
    **/
   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;
}
```

• CMakeLists.txt

   cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)
   project(beginner_tutorials)
  
   ## Add support for C++11, supported in ROS Kinetic and newer
   # add_definitions(-std=c++11)
  
   ## Find catkin macros and libraries
   find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
     roscpp
     rospy
     std_msgs
     message_generation
   )
  
   ## System dependencies are found with CMake's conventions
   # find_package(Boost REQUIRED COMPONENTS system)
  
   ## Generate messages in the 'msg' folder
   add_message_files(
      FILES
      Num.msg
   )
  
   ## Generate services in the 'srv' folder
   add_service_files(
      FILES
      AddTwoInts.srv
   )
  
   ## Generate added messages and services with any dependencies listed here
   generate_messages(
      DEPENDENCIES
      std_msgs
   )
  
   ## Declare a catkin package
   catkin_package(
     CATKIN_DEPENDS message_runtime
   )	
  
   add_executable(add_two_ints_server src/add_two_ints_server.cpp)
   target_link_libraries(add_two_ints_server ${catkin_LIBRARIES})
   add_dependencies(add_two_ints_server beginner_tutorials_generate_messages_cpp)
  
   add_executable(add_two_ints_client src/add_two_ints_client.cpp)
   target_link_libraries(add_two_ints_client ${catkin_LIBRARIES})
   add_dependencies(add_two_ints_client beginner_tutorials_generate_messages_cpp)
  

• 运行 nodes

  $ roscd beginner_tutorials
  $ cd ../..
  $ catkin_make
  $ roscore 
  $ rosrun beginner_tutorials add_two_ints_server （在新的终端里输入）
  $ rosrun beginner_tutorials add_two_ints_client 3 4 （在新的终端里输入）
  
  

12. 记录和重放数据

• 记录所有发布的 topics

  $ rosbag record -a （-a 暗示所有发布的 topics 汇总在一个 bag 文件中）
  	
  

• 校验和回放 bag 文件

  $ rosbag info [bagfile name] （检查 bag 的内容，查看其相关信息）
  $ rosbag play [bagfile name] （重放 bag 文件）	 
  $ rosbag play -r 2 [bagfile name] （将发布数据的速度改为原先的 2 倍）
  $ rosbag record -O subset [指定的 topic, 比如 /turtle1/cmd_vel/turtle1/pose]
   
  

13. 编译指定 package

$ catkin_make --pkg [package A] [package B]

14. 删除指定 package 的编译文件

可以直接删除 [dir-to-catkin_ws] 路径下的 build 和 devel 文件夹，或者删除 build 文件夹下的对应 package 的文件夹，再删掉 devel 文件夹，后者速度快些。【参考：Is there a way to clean a certain package with catkin_make?】

最后

以上就是欢呼帆布鞋为你收集整理的ROS Indigo 入门速查笔记的全部内容，希望文章能够帮你解决ROS Indigo 入门速查笔记所遇到的程序开发问题。

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