ROS初级教程

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原创最新推荐文章于 2026-05-03 10:15:49 发布 641 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

ROS--构建系统序言 ROS使用catkin构建系统，可以轻松使用与ROS相关的构建、功能包管理和功能包之间的依赖关系。它实际上是一种CMake（Cross Platform Make），可以跨平台使用，使用CMakeLists.txt描述。1、创建功能包命令：$ catkin_create_pkg [功能包名称][依赖功能包1][依赖功能包n]会自动生成CMakeList.txt和package.xml文... 阅读详情

1.安装并配置ROS环境

在安装ROS期间，你会看到提示说需要 source 多个setup.*sh文件中的某一个，或者甚至提示添加这条’source’命令到你的启动脚本里面。这些操作是必须的，因为ROS是依赖于某种组合空间的概念，而这种概念就是通过配置脚本环境来实现的。这可以让针对不同版本或者不同软件包集的开发更加容易。
如果你在查找和使用ROS软件包方面遇到了问题，请确保你已经正确配置了脚本环境。一个检查的好方法是确保你已经设置了像ROS_ROOT和ROS_PACKAGE_PATH这样的环境变量，可以通过以下命令查看：

$ export | grep ROS

如果发现没有配置，那这个时候你就需要’source’某些’setup.*sh’文件了。
如果你是通过ubuntu上的 apt 工具来安装ROS的，那么你将会在’/opt/ros//’目录中看到setup.*sh文件，然后你可以执行下面的source命令：

# source /opt/ros/<distro>/setup.bash

请使用具体的ROS发行版名称代替。

比如你安装的是ROS Indigo，则上述命令改为：

$ source /opt/ros/indigo/setup.bash

在每次打开终端时你都需要先运行上面这条命令后才能运行ros相关的命令，为了避免这一繁琐过程，你可以事先在.bashrc文件（初学者请注意：该文件是在当前系统用户的home目录下。）中添加这条命令，这样当你每次登录后系统已经帮你执行这些命令配置好环境。这样做也可以方便你在同一台计算机上安装并随时切换到不同版本的ROS（比如fuerte和groovy）。

此外，你也可以在其它系统平台上相应的ROS安装目录下找到这些setup.*sh文件。

2.创建ROS工作空间

catkin操作方法只适用于ROS Groovy及后期版本，对于ROS Fuerte及早期版本请选择rosbuild。
下面我们开始创建一个catkin 工作空间：

$ mkdir -p ~/catkin_ws/src
$ cd ~/catkin_ws/src

即使这个工作空间是空的（在’src’目录中没有任何软件包，只有一个CMakeLists.txt链接文件），你依然可以编译它：

$ cd ~/catkin_ws/
$ catkin_make

catkin_make命令在catkin 工作空间中是一个非常方便的工具。如果你查看一下当前目录应该能看到’build’和’devel’这两个文件夹。在’devel’文件夹里面你可以看到几个setup.*sh文件。source这些文件中的任何一个都可以将当前工作空间设置在ROS工作环境的最顶层，想了解更多请参考catkin文档。接下来首先source一下新生成的setup.*sh文件：

source devel/setup.bash

要想保证工作空间已配置正确需确保ROS_PACKAGE_PATH环境变量包含你的工作空间目录，采用以下命令查看：

$ echo $ROS_PACKAGE_PATH
/home/<youruser>/catkin_ws/src:/opt/ros/indigo/share:/opt/ros/indigo/stacks

2.ROS文件系统介绍

2.1预备工作

本教程中我们将会用到ros-tutorials程序包，请先安装：

$ sudo apt-get install ros-<distro>-ros-tutorials

将替换成你所安装的版本（比如Jade、Indigo、hydro、groovy、fuerte等）。

快速了解文件系统概念

Packages: 软件包，是ROS应用程序代码的组织单元，每个软件包都可以包含程序库、可执行文件、脚本或者其它手动创建的东西。

Manifest (package.xml): 清单，是对于'软件包'相关信息的描述,用于定义软件包相关元信息之间的依赖关系，这些信息包括版本、维护者和许可协议等。

2.2文件系统工具

程序代码是分布在众多ROS软件包当中，当使用命令行工具（比如ls和cd）来浏览时会非常繁琐，因此ROS提供了专门的命令工具来简化这些操作。

2.2.1使用 rospack

rospack允许你获取软件包的有关信息。在本教程中，我们只涉及到rospack中find参数选项，该选项可以返回软件包的路径信息。

用法：

# rospack find [包名称]

示例：

$ rospack find roscpp

应输出：

    YOUR_INSTALL_PATH/share/roscpp

如果你是在Ubuntu Linux操作系统上通过apt来安装ROS，你应该会准确地看到：

   /opt/ros/groovy/share/roscpp

2.2.2使用 roscd

roscd是rosbash命令集中的一部分，它允许你直接切换(cd)工作目录到某个软件包或者软件包集当中，用法：

# roscd [本地包名称[/子目录]]

示例

$ roscd roscpp

为了验证我们已经切换到了roscpp软件包目录下，现在我们可以使用Unix命令pwd来输出当前工作目录：

$ pwd

你应该会看到：

    YOUR_INSTALL_PATH/share/roscpp

你可以看到YOUR_INSTALL_PATH/share/roscpp和之前使用rospack find得到的路径名称是一样的。

注意，就像ROS中的其它工具一样，roscd只能切换到那些路径已经包含在ROS_PACKAGE_PATH环境变量中的软件包，要查看ROS_PACKAGE_PATH中包含的路径可以输入：

$ echo $ROS_PACKAGE_PATH

你的ROS_PACKAGE_PATH环境变量应该包含那些保存有ROS软件包的路径，并且每个路径之间用冒号分隔开来。一个典型的ROS_PACKAGE_PATH环境变量如下：

    /opt/ros/groovy/base/install/share:/opt/ros/groovy/base/install/stacks

跟其他路径环境变量类似，你可以在ROS_PACKAGE_PATH中添加更多其它路径，每条路径使用冒号’:’分隔。

子目录

使用roscd也可以切换到一个软件包或软件包集的子目录中。

执行：

$ roscd roscpp/cmake
$ pwd

应该会看到：

 YOUR_INSTALL_PATH/share/roscpp/cmake

2.2.3 roscd log

使用roscd log可以切换到ROS保存日记文件的目录下。需要注意的是，如果你没有执行过任何ROS程序，系统会报错说该目录不存在。

如果你已经运行过ROS程序，那么可以尝试：

$ roscd log

2.2.4 使用 rosls

rosls是rosbash命令集中的一部分，它允许你直接按软件包的名称而不是绝对路径执行ls命令（罗列目录）。

用法：

# rosls [本地包名称[/子目录]]

示例：

$ rosls roscpp_tutorials

应输出：

 cmake  package.xml  srv

2.2.5 Tab 自动完成输入

当要输入一个完整的软件包名称时会变得比较繁琐。在之前的例子中roscpp tutorials是个相当长的名称，幸运的是，一些ROS工具支持TAB 自动完成输入的功能。

输入：

# roscd roscpp_tut<<< 现在请按TAB键 >>>

当按TAB键后，命令行中应该会自动补充剩余部分：

$ roscd roscpp_tutorials/

这应该有用，因为roscpp tutorials是当前唯一一个名称以roscpp tut作为开头的ROS软件包。

现在尝试输入：

# roscd tur<<< 现在请按TAB键 >>>

按TAB键后，命令应该会尽可能地自动补充完整：

$ roscd turtle

但是，在这种情况下有多个软件包是以turtle开头，当再次按TAB键后应该会列出所有以turtle开头的ROS软件包：

 turtle_actionlib/  turtlesim/         turtle_tf/

这时在命令行中你应该仍然只看到：

$ roscd turtle

现在在turtle后面输入s然后按TAB键：

# roscd turtles<<< 请按TAB键 >>>

因为只有一个软件包的名称以turtles开头，所以你应该会看到：

$ roscd turtlesim/

3.创建ROS程序包

3.1 一个catkin程序包由什么组成?

一个程序包要想称为catkin程序包必须符合以下要求：

该程序包必须包含catkin compliant package.xml文件
    这个package.xml文件提供有关程序包的元信息。 

程序包必须包含一个catkin 版本的CMakeLists.txt文件，而Catkin metapackages中必须包含一个对CMakeList.txt文件的引用。
每个目录下只能有一个程序包。
    这意味着在同一个目录下不能有嵌套的或者多个程序包存在。

最简单的程序包也许看起来就像这样：

    my_package/
      CMakeLists.txt
      package.xml

3.2在catkin工作空间中的程序包

开发catkin程序包的一个推荐方法是使用catkin工作空间，但是你也可以单独开发(standalone)catkin 软件包。一个简单的工作空间也许看起来像这样：

    workspace_folder/        -- WORKSPACE
      src/                   -- SOURCE SPACE
        CMakeLists.txt       -- 'Toplevel' CMake file, provided by catkin
        package_1/
          CMakeLists.txt     -- CMakeLists.txt file for package_1
          package.xml        -- Package manifest for package_1
        ...
        package_n/
          CMakeLists.txt     -- CMakeLists.txt file for package_n
          package.xml        -- Package manifest for package_n

在继续本教程之前请先按照创建catkin工作空间教程创建一个空白的catkin工作空间。

3.3 创建一个catkin程序包

本部分教程将演示如何使用catkin_create_pkg命令来创建一个新的catkin程序包以及创建之后都能做些什么。

首先切换到之前通过创建catkin工作空间教程创建的catkin工作空间中的src目录下：

# You should have created this in the Creating a Workspace Tutorial
$ cd ~/catkin_ws/src

现在使用catkin_create_pkg命令来创建一个名为’beginner_tutorials’的新程序包，这个程序包依赖于std_msgs、roscpp和rospy：

$ catkin_create_pkg beginner_tutorials std_msgs rospy roscpp

这将会创建一个名为beginner_tutorials的文件夹，这个文件夹里面包含一个package.xml文件和一个CMakeLists.txt文件，这两个文件都已经自动包含了部分你在执行catkin_create_pkg命令时提供的信息。

catkin_create_pkg命令会要求你输入package_name，如果有需要你还可以在后面添加一些需要依赖的其它程序包：

# This is an example, do not try to run this
# catkin_create_pkg <package_name> [depend1] [depend2] [depend3]

catkin_create_pkg命令也有更多的高级功能，这些功能在catkin/commands/catkin_create_pkg中有描述。

3.4 程序包依赖关系

3.4.1 一级依赖

之前在使用catkin_create_pkg命令时提供了几个程序包作为依赖包，现在我们可以使用rospack命令工具来查看一级依赖包。

(Jan 9, 2013) There is a bug reported and already fixed in rospack in groovy, which takes sometime until the change gets reflected on your computer. If you see a similar issue like this with the next command, you can skip to the next command.

$ rospack depends1 beginner_tutorials

   std_msgs
    rospy
    roscpp

就像你看到的，rospack列出了在运行catkin_create_pkg命令时作为参数的依赖包，这些依赖包随后保存在package.xml文件中。

$ roscd beginner_tutorials
$ cat package.xml

    <package>
    ...
      <buildtool_depend>catkin</buildtool_depend>
      <build_depend>roscpp</build_depend>
      <build_depend>rospy</build_depend>
      <build_depend>std_msgs</build_depend>
    ...
    </package>

3.4.2 间接依赖

在很多情况中，一个依赖包还会有它自己的依赖包，比如，rospy还有其它依赖包。

(Jan 9, 2013) There is a bug reported and already fixed in rospack in groovy, which takes sometime until the change gets reflected on your computer. If you see a similar issue like this with the next command, you can skip to the next command.

$ rospack depends1 rospy

    genpy
    rosgraph
    rosgraph_msgs
    roslib
    std_msgs

一个程序包还可以有好几个间接的依赖包，幸运的是使用rospack可以递归检测出所有的依赖包。

$ rospack depends beginner_tutorials
cpp_common
rostime
roscpp_traits
roscpp_serialization
genmsg
genpy
message_runtime
rosconsole
std_msgs
rosgraph_msgs
xmlrpcpp
roscpp
rosgraph
catkin
rospack
roslib
rospy

3.5 自定义你的程序包

本部分教程将剖析catkin_create_pkg命令生成的每个文件并详细描述这些文件的组成部分以及如何自定义这些文件。

3.5.1 自定义 package.xml

自动生成的package.xml文件应该在你的新程序包中。现在让我们一起来看看新生成的package.xml文件以及每一个需要你注意的标签元素。

3.5.1.1描述标签

首先更新描述标签：

Toggle line numbers

   5   <description>The beginner_tutorials package</description>

将描述信息修改为任何你喜欢的内容，但是按照约定第一句话应该简短一些，因为它覆盖了程序包的范围。如果用一句话难以描述完全那就需要换行了。

3.5.1.2 维护者标签

接下来是维护者标签：

Toggle line numbers

   7   <!-- One maintainer tag required, multiple allowed, one person per tag --> 
   8   <!-- Example:  -->
   9   <!-- <maintainer email="jane.doe@example.com">Jane Doe</maintainer> -->
  10   <maintainer email="user@todo.todo">user</maintainer>

这是package.xml中要求填写的一个重要标签，因为它能够让其他人联系到程序包的相关人员。至少需要填写一个维护者名称，但如果有需要的话你可以添加多个。除了在标签里面填写维护者的名称外，还应该在标签的email属性中填写邮箱地址：

Toggle line numbers

   7   <maintainer email="you@yourdomain.tld">Your Name</maintainer>

3.5.1.3 许可标签

你应该选择一种许可协议并将它填写到这里。一些常见的开源许可协议有BSD、MIT、Boost Software License、GPLv2、GPLv3、LGPLv2.1和LGPLv3。你可以在Open Source Initiative中阅读其中的若干个许可协议的相关信息。对于本教程我们将使用BSD协议，因为ROS核心组件的剩余部分已经使用了该协议：

3.5.1.4 依赖项标签

接下来的标签用来描述程序包的各种依赖项，这些依赖项分为build_depend、buildtool_depend、run_depend、test_depend。关于这些标签的更详细介绍请参考Catkin Dependencies相关的文档。在之前的操作中，因为我们将 std_msgs、 roscpp、和 rospy作为catkin_create_pkg命令的参数，所以生成的依赖项看起来如下：

Toggle line numbers

  27   <!-- The *_depend tags are used to specify dependencies -->
  28   <!-- Dependencies can be catkin packages or system dependencies -->
  29   <!-- Examples: -->
  30   <!-- Use build_depend for packages you need at compile time: -->
  31   <!--   <build_depend>genmsg</build_depend> -->
  32   <!-- Use buildtool_depend for build tool packages: -->
  33   <!--   <buildtool_depend>catkin</buildtool_depend> -->
  34   <!-- Use exec_depend for packages you need at runtime: -->
  35   <!--   <exec_depend>python-yaml</exec_depend> -->
  36   <!-- Use test_depend for packages you need only for testing: -->
  37   <!--   <test_depend>gtest</test_depend> -->
  38   <buildtool_depend>catkin</buildtool_depend>
  39   <build_depend>roscpp</build_depend>
  40   <build_depend>rospy</build_depend>
  41   <build_depend>std_msgs</build_depend>

除了catkin中默认提供的buildtool_depend，所有我们列出的依赖包都已经被添加到build_depend标签中。在本例中，因为在编译和运行时我们需要用到所有指定的依赖包，因此还需要将每一个依赖包分别添加到run_depend标签中：

Toggle line numbers

  12   <buildtool_depend>catkin</buildtool_depend>
  13 
  14   <build_depend>roscpp</build_depend>
  15   <build_depend>rospy</build_depend>
  16   <build_depend>std_msgs</build_depend>
  17 
  18   <exec_depend>roscpp</exec_depend>
  19   <exec_depend>rospy</exec_depend>
  20   <exec_depend>std_msgs</exec_depend>

3.5.1.5 最后完成的 package.xml

现在看下面最后去掉了注释和未使用标签后的package.xml文件就显得更加简洁了：

Toggle line numbers

   1 <？xml version="1.0"?>
   2 <package format="2">
   3   <name>beginner_tutorials</name>
   4   <version>0.1.0</version>
   5   <description>The beginner_tutorials package</description>
   6 
   7   <maintainer email="you@yourdomain.tld">Your Name</maintainer>
   8   <license>BSD</license>
   9   <url type="website">http://wiki.ros.org/beginner_tutorials</url>
  10   <author email="you@yourdomain.tld">Jane Doe</author>
  11 
  12   <buildtool_depend>catkin</buildtool_depend>
  13 
  14   <build_depend>roscpp</build_depend>
  15   <build_depend>rospy</build_depend>
  16   <build_depend>std_msgs</build_depend>
  17 
  18   <exec_depend>roscpp</exec_depend>
  19   <exec_depend>rospy</exec_depend>
  20   <exec_depend>std_msgs</exec_depend>
  21 
  22 </package>