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1.Linux操作系统基础
| cd | 改变工作目录 |
| pwd | 显示当前工作目录绝对路径 |
| mkdir | 创建新的目录 |
| ls | 列出目录的内容 |
| touch | 创建新的txt文件 |
| mv | 相当于剪切 |
| cp | 复制 |
| rm -r | 删除某个目录及以的所有文件及子目录 |
2.ROS的核心概念
节点
| Node(节点)--执行单元 | ●完成某项具体功能的进程、独立运行的可执行文件 ●不同的节点可以使用不同的编程语言 |
| ROS Master(节点管理器)--控制中心 | ●为节点提供命名和注册服务 ●跟踪和记录话题/服务通信，辅助节点相互查找、建立连接 ●提供参数服务器 |
话题(Topic)--异步通信机制
● 使用发布/订阅(Publisher/Subscriber)模型，数据由发布者传输到订阅者，同一个话题的订阅者或发布者可以不唯一。
消息(Message)--话题数据
● 具有一定的类型和数据结构，包括ROS提供的标准类型和用户自定义类型。
● 使用编程语言无关的.msg文件定义
服务(Service)--同步通信机制
● 使用客户端/服务器(Client/Server)模型，客户端发送请求数据，服务器完成处理后返回应答数据。
● 使用编程语言无关的.srv文件定义请求和应答数据结构。
参数(Parameter)--全局共享字典
● 可通过网络访问的共享、多变量字典
● 适合存储静态、非二进制的配置参数，不适合存储动态配置的数据
3.ROS命令行工具的使用
| rqt_graph | 显示系统计算图 |
| rosnode list | 显示系统中所有节点 |
| rosnode info | 查看节点的具体信息 |
| rostopic list | 查看系统中所有的话题 |
| rostopic pub -r | 发布消息给话题 -r后面接消息发布的频率(Hz) |
| rosmsg show | 显示话题数据结构 |
| rosservice list | 查看系统中所有的服务 |
| rosservice call | 发布服务 |
话题纪录：$ rosbag record -a -O cmd_record
话题复现：$ rosbag play cmd_record.bag
4.创建工作空间与功能包
工作空间(workspace)是存放工程开发相关文件的文件夹。
● src：代码空间(Source Space)
● bulid：编译空间(Build Space)
● devel：开发空间(Development Space)
● install：安装空间(Install Space)
创建功能包
5.发布者Publisher的编程实现
● 初始化ROS节点；
● 向ROS Master注册节点信息，包含发布的话题名和话题中的消息类型；
● 创建消息数据；
● 按照一定频率循环发布消息；
/***********************************************************************
Copyright 2020 GuYueHome (www.guyuehome.com).
***********************************************************************/
/**
* 该例程将发布turtle1/cmd_vel话题，消息类型geometry_msgs::Twist
*/
#include <ros/ros.h>
#include <geometry_msgs/Twist.h>
int main(int argc, char **argv)
{
// ROS节点初始化
ros::init(argc, argv, "velocity_publisher");
// 创建节点句柄
ros::NodeHandle n;
// 创建一个Publisher，发布名为/turtle1/cmd_vel的topic，消息类型为geometry_msgs::Twist，队列长度10
ros::Publisher turtle_vel_pub = n.advertise<geometry_msgs::Twist>("/turtle1/cmd_vel", 10);
// 设置循环的频率
ros::Rate loop_rate(10);
int count = 0;
while (ros::ok())
{
// 初始化geometry_msgs::Twist类型的消息
geometry_msgs::Twist vel_msg;
vel_msg.linear.x = 0.5;
vel_msg.angular.z = 0.2;
// 发布消息
turtle_vel_pub.publish(vel_msg);
ROS_INFO("Publsh turtle velocity command[%0.2f m/s, %0.2f rad/s]",
vel_msg.linear.x, vel_msg.angular.z);
// 按照循环频率延时
loop_rate.sleep();
}
return 0;
}
配置发布者代码编译规则（在CMakeLists.txt中）
● 设置需要编译的代码和生成的可执行文件；
● 设置链接库；
add_executable(velocity_publisher src/velocity_publisher.cpp)
target_link_libraries(velocity_publisher ${catkin_LIBRARIES})编译并运行发布者
$ cd ~/catkin_ws
$ catkin_make
$ source devel/setup.bash
$ roscore
$ rosrun turtlesim turtlesim_node
$ rosrun learning_topic velocity_publisher6.订阅者Subscriber的编程实现
● 初始化ROS节点；
● 订阅需要的话题；
● 循环等待话题消息，接收到消息后进入回调函数（类似嵌入式里面的中断）；
● 在回调函数中完成消息处理；
/***********************************************************************
Copyright 2020 GuYueHome (www.guyuehome.com).
***********************************************************************/
/**
* 该例程将订阅/turtle1/pose话题，消息类型turtlesim::Pose
*/
#include <ros/ros.h>
#include "turtlesim/Pose.h"
// 接收到订阅的消息后，会进入消息回调函数
void poseCallback(const turtlesim::Pose::ConstPtr& msg)
{
// 将接收到的消息打印出来
ROS_INFO("Turtle pose: x:%0.6f, y:%0.6f", msg->x, msg->y);
}
int main(int argc, char **argv)
{
// 初始化ROS节点
ros::init(argc, argv, "pose_subscriber");
// 创建节点句柄
ros::NodeHandle n;
// 创建一个Subscriber，订阅名为/turtle1/pose的topic，注册回调函数poseCallback
ros::Subscriber pose_sub = n.subscribe("/turtle1/pose", 10, poseCallback);
// 循环等待回调函数
ros::spin();
return 0;
}
7.话题消息的定义与使用
Ø 定义msg文件；
string name
uint8 sex
uint8 age
uint8 unknown = 0
uint8 male = 1
uint8 female = 2Ø 在package.xml中添加功能包依赖；
<build_depend>message_generation</build_depend>
<exec_depend>message_runtime</exec_depend>Ø 在CMakeLists.txt添加编译选项；
● find_package(... message_generation)
● add_message_files(FILES Person.msg)
● generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs)
● catkin_package(... message_runtime)Ø 编译生成语言相关文件；
person_publisher.cpp
/***********************************************************************
Copyright 2020 GuYueHome (www.guyuehome.com).
***********************************************************************/
/**
* 该例程将发布/person_info话题，自定义消息类型learning_topic::Person
*/
#include <ros/ros.h>
#include "learning_topic/Person.h"
int main(int argc, char **argv)
{
// ROS节点初始化
ros::init(argc, argv, "person_publisher");
// 创建节点句柄
ros::NodeHandle n;
// 创建一个Publisher，发布名为/person_info的topic，消息类型为learning_topic::Person，队列长度10
ros::Publisher person_info_pub = n.advertise<learning_topic::Person>("/person_info", 10);
// 设置循环的频率
ros::Rate loop_rate(1);
int count = 0;
while (ros::ok())
{
// 初始化learning_topic::Person类型的消息
learning_topic::Person person_msg;
person_msg.name = "Tom";
person_msg.age = 18;
person_msg.sex = learning_topic::Person::male;
// 发布消息
person_info_pub.publish(person_msg);
ROS_INFO("Publish Person Info: name:%s age:%d sex:%d",
person_msg.name.c_str(), person_msg.age, person_msg.sex);
// 按照循环频率延时
loop_rate.sleep();
}
return 0;
}
person_subscriber.cpp
/***********************************************************************
Copyright 2020 GuYueHome (www.guyuehome.com).
***********************************************************************/
/**
* 该例程将订阅/person_info话题，自定义消息类型learning_topic::Person
*/
#include <ros/ros.h>
#include "learning_topic/Person.h"
// 接收到订阅的消息后，会进入消息回调函数
void personInfoCallback(const learning_topic::Person::ConstPtr& msg)
{
// 将接收到的消息打印出来
ROS_INFO("Subcribe Person Info: name:%s age:%d sex:%d",
msg->name.c_str(), msg->age, msg->sex);
}
int main(int argc, char **argv)
{
// 初始化ROS节点
ros::init(argc, argv, "person_subscriber");
// 创建节点句柄
ros::NodeHandle n;
// 创建一个Subscriber，订阅名为/person_info的topic，注册回调函数personInfoCallback
ros::Subscriber person_info_sub = n.subscribe("/person_info", 10, personInfoCallback);
// 循环等待回调函数
ros::spin();
return 0;
}
8.客户端Client的编程实现
● 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；
/***********************************************************************
Copyright 2020 GuYueHome (www.guyuehome.com).
***********************************************************************/
/**
* 该例程将请求/spawn服务，服务数据类型turtlesim::Spawn
*/
#include <ros/ros.h>
#include <turtlesim/Spawn.h>
int main(int argc, char** argv)
{
// 初始化ROS节点
ros::init(argc, argv, "turtle_spawn");
// 创建节点句柄
ros::NodeHandle node;
// 发现/spawn服务后，创建一个服务客户端，连接名为/spawn的service
ros::service::waitForService("/spawn");
ros::ServiceClient add_turtle = node.serviceClient<turtlesim::Spawn>("/spawn");
// 初始化turtlesim::Spawn的请求数据
turtlesim::Spawn srv;
srv.request.x = 2.0;
srv.request.y = 2.0;
srv.request.name = "turtle2";
// 请求服务调用
ROS_INFO("Call service to spwan turtle[x:%0.6f, y:%0.6f, name:%s]",
srv.request.x, srv.request.y, srv.request.name.c_str());
add_turtle.call(srv);
// 显示服务调用结果
ROS_INFO("Spwan turtle successfully [name:%s]", srv.response.name.c_str());
return 0;
};
9.服务端Server的编程实现
● 初始化ROS节点；
● 创建Server实例；
● 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请求，并反馈应答数据；
/***********************************************************************
Copyright 2020 GuYueHome (www.guyuehome.com).
***********************************************************************/
/**
* 该例程将执行/turtle_command服务，服务数据类型std_srvs/Trigger
*/
#include <ros/ros.h>
#include <geometry_msgs/Twist.h>
#include <std_srvs/Trigger.h>
ros::Publisher turtle_vel_pub;
bool pubCommand = false;
// service回调函数，输入参数req，输出参数res
bool commandCallback(std_srvs::Trigger::Request &req,
std_srvs::Trigger::Response &res)
{
pubCommand = !pubCommand;
// 显示请求数据
ROS_INFO("Publish turtle velocity command [%s]", pubCommand==true?"Yes":"No");
// 设置反馈数据
res.success = true;
res.message = "Change turtle command state!"
return true;
}
int main(int argc, char **argv)
{
// ROS节点初始化
ros::init(argc, argv, "turtle_command_server");
// 创建节点句柄
ros::NodeHandle n;
// 创建一个名为/turtle_command的server，注册回调函数commandCallback
ros::ServiceServer command_service = n.advertiseService("/turtle_command", commandCallback);
// 创建一个Publisher，发布名为/turtle1/cmd_vel的topic，消息类型为geometry_msgs::Twist，队列长度10
turtle_vel_pub = n.advertise<geometry_msgs::Twist>("/turtle1/cmd_vel", 10);
// 循环等待回调函数
ROS_INFO("Ready to receive turtle command.");
// 设置循环的频率
ros::Rate loop_rate(10);
while(ros::ok())
{
// 查看一次回调函数队列
ros::spinOnce();
// 如果标志为true，则发布速度指令
if(pubCommand)
{
geometry_msgs::Twist vel_msg;
vel_msg.linear.x = 0.5;
vel_msg.angular.z = 0.2;
turtle_vel_pub.publish(vel_msg);
}
//按照循环频率延时
loop_rate.sleep();
}
return 0;
}
10.服务数据的定义与使用
Ø 定义srv文件；
string name
uint8 sex
uint8 age
uint8 unknown = 0
uint8 male = 1
uint8 female = 2
---
string resultØ 在package.xml中添加功能包依赖；
<build_depend>message_generation</build_depend>
<exec_depend>message_runtime</exec_depend>Ø 在CMakeLists.txt添加编译选项；
● find_package(... message_generation)
● add_message_files(FILES Person.srv)
● generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs)
● catkin_package(... message_runtime)Ø 编译生成语言相关文件；
person_client.cpp
/***********************************************************************
Copyright 2020 GuYueHome (www.guyuehome.com).
***********************************************************************/
/**
* 该例程将请求/show_person服务，服务数据类型learning_service::Person
*/
#include <ros/ros.h>
#include "learning_service/Person.h"
int main(int argc, char** argv)
{
// 初始化ROS节点
ros::init(argc, argv, "person_client");
// 创建节点句柄
ros::NodeHandle node;
// 发现/spawn服务后，创建一个服务客户端，连接名为/spawn的service
ros::service::waitForService("/show_person");
ros::ServiceClient person_client = node.serviceClient<learning_service::Person>("/show_person");
// 初始化learning_service::Person的请求数据
learning_service::Person srv;
srv.request.name = "Tom";
srv.request.age = 20;
srv.request.sex = learning_service::Person::Request::male;
// 请求服务调用
ROS_INFO("Call service to show person[name:%s, age:%d, sex:%d]",
srv.request.name.c_str(), srv.request.age, srv.request.sex);
person_client.call(srv);
// 显示服务调用结果
ROS_INFO("Show person result : %s", srv.response.result.c_str());
return 0;
};
person_server.cpp
/***********************************************************************
Copyright 2020 GuYueHome (www.guyuehome.com).
***********************************************************************/
/**
* 该例程将执行/show_person服务，服务数据类型learning_service::Person
*/
#include <ros/ros.h>
#include "learning_service/Person.h"
// service回调函数，输入参数req，输出参数res
bool personCallback(learning_service::Person::Request &req,
learning_service::Person::Response &res)
{
// 显示请求数据
ROS_INFO("Person: name:%s age:%d sex:%d", req.name.c_str(), req.age, req.sex);
// 设置反馈数据
res.result = "OK";
return true;
}
int main(int argc, char **argv)
{
// ROS节点初始化
ros::init(argc, argv, "person_server");
// 创建节点句柄
ros::NodeHandle n;
// 创建一个名为/show_person的server，注册回调函数personCallback
ros::ServiceServer person_service = n.advertiseService("/show_person", personCallback);
// 循环等待回调函数
ROS_INFO("Ready to show person informtion.");
ros::spin();
return 0;
}
11.参数的使用与编程方法
参数命令行使用
● 列出当前所有参数
$ rosparam list
● 显示某个参数值
$ rosparam get param_key
● 设置某个参数值
$ rosparam set param_key param_value
● 保存参数到文件
$ rosparam dump file_name（.ymal）
● 从文件读取参数
$ rosparam load file_name
● 删除参数
$ rosparam delete param_key
编程实现
/***********************************************************************
Copyright 2020 GuYueHome (www.guyuehome.com).
***********************************************************************/
/**
* 该例程设置/读取海龟例程中的参数
*/
#include <string>
#include <ros/ros.h>
#include <std_srvs/Empty.h>
int main(int argc, char **argv)
{
int red, green, blue;
// ROS节点初始化
ros::init(argc, argv, "parameter_config");
// 创建节点句柄
ros::NodeHandle node;
// 读取背景颜色参数
ros::param::get("/background_r", red);
ros::param::get("/background_g", green);
ros::param::get("/background_b", blue);
ROS_INFO("Get Backgroud Color[%d, %d, %d]", red, green, blue);
// 设置背景颜色参数
ros::param::set("/background_r", 255);
ros::param::set("/background_g", 255);
ros::param::set("/background_b", 255);
ROS_INFO("Set Backgroud Color[255, 255, 255]");
// 读取背景颜色参数
ros::param::get("/background_r", red);
ros::param::get("/background_g", green);
ros::param::get("/background_b", blue);
ROS_INFO("Re-get Backgroud Color[%d, %d, %d]", red, green, blue);
// 调用服务，刷新背景颜色
ros::service::waitForService("/clear");
ros::ServiceClient clear_background = node.serviceClient<std_srvs::Empty>("/clear");
std_srvs::Empty srv;
clear_background.call(srv);
sleep(1);
return 0;
}