【ROS理论与实践】第2讲：认识ROS-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/ReCclay/article/details/121657838

本文介绍了ROS（Robot Operating System）的基本概念、核心组件和通信机制，并通过小海龟仿真实例详细讲解了ROS环境的搭建、节点操作、话题通信和服务调用。主要内容包括roscore、rosrun、rqt_graph、rosnode、rostopic和rosservice的使用，以及rqt_plot工具的可视化功能。通过实践，读者将能更好地理解和应用ROS进行机器人程序开发。

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一、ROS的定义与组成

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ROS是一种开源的源操作系统，是一种机器人框架，提供了一系列的通信机制。

源操作系统：提供类似操作系统中的服务，如提供硬件抽象、提供底层控制与驱动、提供一系列通信机制。

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整个图称为计算图（compute-graph），其中的椭圆称为节点，外围的矩形框称为命名空间。节点和节点之间是松耦合的，不同的节点可以分布在不同的平台上！

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Rviz：三维可视化工具；Gazebo：三维物理仿真平台

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二、ROS核心概念和通信机制

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三、第一个ROS例程——小海龟仿真分析

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常用指令后面如果不记得可以跟什么参数，可以直接只输入命令，会有帮助信息！

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roscore 用来启动 ros 核心 ros master，相当于公司的老板。rosrun 是ros中运行一个节点最基础的命令，后面跟两个参数：节点所在功能包的名字、节点可执行文件的名字。

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要想运行上述的计算图，不能关闭已经运行的小海龟程序，重新打开一个新的终端，输入rqt_graph，默认运行结果如下图所示：

要想运行和PPT中一样的模样，需要设置面板一些参数，如下图：

先勾选Debug选项，效果如下图：

两个椭圆表示系统中有两个节点，分别对应小海龟运行时的第二和第三条命令！cmd_vel：是小海龟的速度控制指令。/turtle1/cmd_vel表示话题名！

从上面可以看到，勾选了Debug之后会有更多的节点出来，其中就包括rosout。rosout它是ros master 启动之后默认启动的一个节点。它会去读取并保存ROS环境中所有节点的日志信息，并通过同名的/rosout话题发布，这样上位机就可以监控所有节点的日志，实现日志筛选，所以rosout这个节点无需过多关注，主要关注其他节点及整体框架。当然还有一个rqt_gui_py_node_89362节点也多出来了，它表示的是rqt_graph这个计算图，这个节点也无需过多关注！

通过rqt_graph命令可以很快的梳理清楚ROS环境中所有节点的数据通信方向和系统架构，可以从上帝视角看到系统的全貌，方便用户去理解系统！

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rosnode 后面记不清可以跟什么参数，可以直接回车，会显示出来可以跟的参数，如下图所示：

rosnode list 可以查看到ROS中所有的节点，如下图：

如果想知道某个节点具体是干什么事，订阅和发布哪些数据，提供哪些服务等信息，可以使用命令rosnode info + /节点名

rostopic指令是跟话题相关的指令。
我们刚刚通过rosnode看到了turtlesim节点的一些信息，其中可以看到它一直在发布一个turtle1/pose的位置话题信息，我们可以通过rostopic来查看位置信息具体是什么样的，具体命令为：rostopic echo /turtle1/pose（运动海龟数据也会实时变化，退出ctrl+c）

rostopic不仅可以收数据，还可以发送数据，命令：rostopic pub /turtle1/cmd_vel，注意命令还没有输全，接着是数据结构，但是具体的数据结构我们不需要一个个手动输入，直接Tab，会自动补全话题数据结构geometry_msgs/Twist。此时还未输入完毕，需要输入的线速度角速度，还是使用Tab自动补全，会出现如下图所示：

通过方向键的左右键来修改具体的值，这里只涉及到线速度的x方向，角速度的z方向。这里设置海龟向前移动0.5m，设置完毕后即可回车运行，命令如下图所示：

可以发现海龟运行了一次就停止了。如何不断运行呢，加入频率参数-r 数值，命令如下图：

上图是以每秒执行10次的频率的运行。
上面做的相当于是直线运动，如何做圆周运动呢？命令如下图：

rosservice是跟服务相关的。
如果想再来一个海龟，可以发送请求服务spawn，命令：rosservice call /spawn然后Tab，输入具体的数据内容。具体数据内容：包括新产生海龟的x和y位置、角度theta和新产生海龟的name。这里取名name为turtle2，然后回车，命令执行如下：

注意我们回车之后，会在终端回显一个name，这个是服务器端返回的数据（response），表示我们的请求（request）是成功的！
产生成功之后，我们可以看一下当前所有的话题列表！

可以发现有了海龟2的话题，我们同样可以像操作海龟1一样进行订阅和发布话题！如我们让海龟2移动起来，操作命令如下：

rqt_plot：绘图工具，可以把ROS中话题的数据变成曲线绘制出来（可以发现可视化工具都是以rqt开头的！）
默认打开后，如下图所示：

我们删除左上角已有的/，重新输入/，会出现所有话题的下拉列表，我们选择/turtle2/pose，然后回车，效果如下图：

上图运动太快，不利于观察，我们修改x轴的单位，如下图：

rqt_plot可以大大方便我们后面的开发调试！