深挖代码无敌ROS基础

原创已于 2024-06-30 21:03:58 修改 · 1.8k 阅读

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#机器人 #c++ #linux

于 2024-06-04 16:56:58 首次发布

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一. 工作空间：

1. 工作空间概念：

其中，build 和devel 内容可以忽略，因为主要面向的是src下用户的源代码。

2. 创建和编译工作空间:

（1）总体流程：

mkdir -p ~/catkin_ws/src  创建工作文件夹【工作空间】
cd ~/catkin_ws/    进入工作文件夹
catkin_make    编译工作空间
source devel/setup.bash    将setup.bash文件source一下
echo source devel/setup.bash >> ~/.bashrc    # 将source后写入.bashrc文件

（2）创建工作空间：

-p 的意思是检测路径是否有这个文件夹，没有则创建。

（3）编译工作空间：

注意要回到工作空间下才能编译。

编译后会多出两个文件夹：devel 和 build。

若有多个功能包，只编译其中一个，则使用下列用法：

（1）编译单独功能包 :

catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES="package_name"

单独编译后，如果想将全部功能包编译，则先解除单独编译，上述命令包名为空，即：=“”，就可以全部编译了。

（2）自定义编译线程：加快加载速度

-j 表示 job ，就是任务，可以 j2...

-l 表示load，就是任务数，可以 l4...

catkin_make -j -l

3. 设置环境变量：

告诉系统，这是工作空间的路径。

为何进行source？

关于ros工作空间devel下setup.bash的理解

总体而言就是，使用source命令运行这些脚本文件，则工作空间的环境变量设置可以生效。

对应改进方案，不用每次都进行source：

下面的方法简单理解：写入.bashrc为了每次启动终端都自动启动脚本，识别Ros的环境。

source devel/setup.bash    将setup.bash文件source一下
echo source devel/setup.bash >> ~/.bashrc    # 将source后写入.bashrc文件

二. 功能包：

1. 功能包概念：

2. 功能包内容：

其中：

urdf 是指在rviz里面的三维模型的一个描述文件。

功能包必须有的：CMakeList.txt 和 package.xml，其他非必须。

（1）CMakeList.txt

a. 作用：

定义编译规则

b. 常用 cmakelists 宏：

c. 其他编译宏：

d. 示例：

对应上面的编译宏都有

用对应模块的时候，就去掉注释，文件名改好。

在编译时，对应如下：

（2）package.xml

a. 作用：

功能包的描述信息

b. 必要package.xml标签：

c. 可选package.xml标签：

d. 示例：

对应三个为一组，也可以用一个 depend，来代替上述三个标签。

（3）launch文件：

a. 作用：

实现多节点启动和参数配置的 xml 文件。（这也是 launch 文件存在的意义）

b. 标签总览：

c. 跟标签：

d. 嵌套：

等号后面的find 后面是功能包名字，再后面是路径，整体表达就是利用 include 去打开一个 launch 文件。

这个就是打开 xml 文件。

e. 节点<node>：

使用 node 节点可以代替 rosrun

具体操作：

rosrun <package_name> <executable|python>

可以使用以下代替：

<node pkg="package_name" type="executable|python" name="node_name" />

最后这个node_name可以重新定义节点名字

node 常用属性：

示例：

第一行有一个output，对应输出到screen终端

运行一下这个launch文件：

会打印出三个 Info ，对应日志输出。若将output删掉，则没有这三项。

对应 args 是参数输入，如图为base_footprint 。（args与arg不是一个东西）

f. 参数：

注：arg是全局的，args一定要写在 <node> 节点里面，这就是arg与args的区别。

g. 参数服务器：

就是一个字典，可以 ”增删查改” 参数。

launch文件将参数加载到参数服务器中。

如图，launch文件打开的是wheeltec_robot这个CPP文件，并且用到 param 将上述五个参数加载到参数服务器当中。

对应的cpp文件中，先初始化ros节点句柄，再调用参数服务器上的参数。

如图，arg 就是将后面的参数赋值给前面的 name 。

发现 param 的name与arg的相同，后面的value赋值的不是一个实参，其意思是加载括号（）内的对应 arg 里面的参数。

注：如此麻烦的原因，是arg 可以将全部参数整理到一起，修改很方便；或者一个很常用的Launch，不止在一个地方调用，方便修改。

h. <group>标签：

（1）还是基于上述的launch文件，若在文件中加入group节点：

则对应的 rostopic 和 rosnode 的话题和节点的前面，都会增加 robot1 这个命名空间的别名。

（2）group的 if 用法：

若上述参数相等的话，就运行<group>内的内容。

注：group 标签只能包含 node 标签，不能放在 node 标签下。

i. 重命名：

运行节点的时候，可能会订阅或者发布话题，订阅话题则是输入，发布话题则是输出。

输入的意思是：先重命名，再订阅；

输出的意思是：先重命名，再发布出去。

示例：

（不要忘记斜杠/）

之所以在<node>标签里面加，是因为这些话题是在<node>里面产生的，所以重命名用在外面不会生效。

运行一下Launch文件：看一下话题

之前的话题名字变为了 change 。

3. 创建功能包：

当然首先都是在 src 目录下

catkin_create_pkg <package_name> [depend1] [depend2] [depend3]

后面的是对应的依赖

示例：

4. 查看功能包：

首先在工作空间下，进入src目录：

cd src

再查看：

ls

三. 话题通信：

1. 话题通信机制：

2. 具体操作：

（1）话题通信三个方面：

发布方

订阅方

配置CMakeList.txt

（2）发布方编写：

核心思想：

    实现流程:
        1.包含头文件 
        2.初始化 ROS 节点:命名(唯一)
        3.实例化 ROS 句柄
        4.实例化 发布者 对象
        5.组织被发布的数据，并编写逻辑发布数据

其中，在初始化的时候，涉及到节点命名。

代码如下：

// 1.包含头文件 
#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h" //普通文本类型的消息
#include <sstream>
int main(int argc, char  *argv[])
{   
    //2.初始化 ROS 节点:命名(唯一)
    // 参数1和参数2 后期为节点传值会使用
    // 参数3 是节点名称，是一个标识符，需要保证运行后，在 ROS 网络拓扑中唯一
    ros::init(argc,argv,"talker");
    
    //3.实例化 ROS 句柄
    ros::NodeHandle nh;//该类封装了 ROS 中的一些常用功能

    //4.实例化 发布者 对象
    //泛型: 发布的消息类型
    //参数1: 要发布到的话题
    //参数2: 队列中最大保存的消息数，超出此阀值时，先进的先销毁(时间早的先销毁)
    ros::Publisher pub = nh.advertise<std_msgs::String>("chatter",10);

    //5.组织被发布的数据，并编写逻辑发布数据
    //数据(动态组织)
    std_msgs::String msg;
    // msg.data = "你好啊！！！";
    std::string msg_front = "Hello 你好！"; //消息前缀
    int count = 0; //消息计数器

    //逻辑(一秒10次)
    ros::Rate r(1);

    //节点不死
    while (ros::ok())
    {
        msg.data = ss.str();
        //发布消息
    }


    return 0;
}

（3）订阅方编写：

整体思路与发布方相同，但是需要加上回调函数。

回调函数：处理订阅到的话题数据（受外界数据影响的可调用函数）。

核心思想：

    消息订阅方:
        订阅话题并打印接收到的消息

    实现流程:
        1.包含头文件 
        2.初始化 ROS 节点:命名(唯一)
        3.实例化 ROS 句柄
        4.实例化 订阅者 对象
        5.处理订阅的消息(回调函数)
        6.设置循环调用回调函数

具体代码实现：

// 1.包含头文件 
#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"

void doMsg(const std_msgs::String::ConstPtr& msg_p){
    ROS_INFO("我听见:%s",msg_p->data.c_str());
    // ROS_INFO("我听见:%s",(*msg_p).data.c_str());
}

int main(int argc, char  *argv[])
{
    setlocale(LC_ALL,"");
    //2.初始化 ROS 节点:命名(唯一)
    ros::init(argc,argv,"listener");
    //3.实例化 ROS 句柄
    ros::NodeHandle nh;

    //4.实例化 订阅者 对象
    ros::Subscriber sub = nh.subscribe<std_msgs::String>("chatter",10,doMsg);
    //5.处理订阅的消息(回调函数)

    //     6.设置循环调用回调函数
    ros::spin();//循环读取接收的数据，并调用回调函数处理

    return 0;
}

（4）CMakeList.txt 配置：

add_executable(Hello_pub
  src/Hello_pub.cpp
)
add_executable(Hello_sub
  src/Hello_sub.cpp
)

target_link_libraries(Hello_pub
  ${catkin_LIBRARIES}
)
target_link_libraries(Hello_sub
  ${catkin_LIBRARIES}
)

（5）执行：

首先启动 roscore，之后启动发布节点和订阅节点，之后运行就好了。

3. topic 命令行指令：

四. 常用指令：

1. 常用指令：

进入目录文件夹：cd xxx
返回上一级目录：cd ..
返回根目录：cd /
查看目录文件夹文件：ls
查看文件夹下文件大小：df -h
以管理员身份复制目录：sudo cp xx / xx
以管理员身份用gedit打开文件：sudo gedit  【gedit是文档编辑器】
 
管理员身份更新包：sudo apt-get update 【常用于换源后的操作】
管理员身份检查更新：sudo apt-get upgrade 【重新检查更新】
 
创建文件：mkdir xx
删除文件：rm xx    【rm -f xx 不询问直接删】
 
查看这个文件的路径名字：pwd
 
【Ros命令】
 
catkin_create_pkg 自定义包名 依赖包 === 创建新的ROS功能包
sudo apt install xxx                === 安装 ROS功能包
sudo apt purge xxx                  ==== 删除某个功能包
rospack list                        === 列出所有功能包
rospack find 包名                   === 查找某个功能包是否存在，如果存在返回安装路径
roscd 包名                          === 进入某个功能包
rosls 包名                          === 列出某个包下的文件
apt search xxx =                    == 搜索某个功能包
rosed 包名 文件名                   === 修改功能包文件
 
搜索功能包：apt seach ros-noetic-* | grep -i gmapping

2. roscore :

（1）是ROS系统的先决条件节点和程序的集合，必须先启动 roscore 才能进行ROS节点通信。（进行通信的前提条件）

（2）roscore启动：ros master， ros 参数服务器，rosout 日志节点

3. rosrun 与 roslaunch：

区别在于：rosrun 是运行指定节点，而 roslaunch 是一次性可以多次启动多个节点（因为走Launch 文件）

比如：

rosrun turtlesim turtlesim_node

roslaunch 包名 launch文件名

五. 硬件层：

1. IMU：

IMU传感器是加速度计和陀螺仪传感器的组合，被用来检测加速度和角速度以表示运动和运动强度，就像手机里面的陀螺仪。

ls /dev/tty<tab>    # 查看IMU的串口信息
cd ~/Ros-Autocar    # 进入工作空间
catkin_make         # 编译
 
roslaunch imu_launch imu_msg.launch   # 启动节点
rostopic echo /IMU_data    # 查看IMU的数据话题
rostopic echo /imu_0x91_package    # 查看IMU的另外一个数据话题
 
串口号：ttyUSB0   
tf坐标系名称：base_link
话题名称：IMU_data
 
*使用rviz可视化imu还需要在launch文件夹中加一些东西

注意上述：具体的查看串口信息，启动节点和查看话题的具体操作。

串口：参考ubuntu关于串口的操作

2. 雷达：

以参考的 laser 举例：教程写的非常全面。

雷达配置使用

总体流程为：

（1）创建新的文件夹（比如 ls01b ），并在下面建 src 文件夹。

（2）将雷达压缩包放入 src 文件夹下，并进行解压。

（3）在大文件夹 ls01b 下打开终端，并编译工作空间。

cakin_make

（4）插上雷达，检查雷达串口，看看哪个串口被占用了。（其实就是挨个试）

ls -l /dev/ttyUSB*
//检查单个串口占用,*代表的是端口号

在这里回到前面讲串口的问题，如何判定串口是否被占用呢？

其实很简单，如图所示。

（5）找到对应串口后，赋予该串口权限。

sudo chmod 777 /dev/ttyUSB*
//赋予端口*权限，记得改*！！！

（6）修改 src 目录下面的 launch文件内容中的雷达连接串口，否则启动不了。

（7）运行测试：

先进入工作空间，并进行 source 。之后再运行launch文件，之后打开 rviz 进行扫图。

cd ~/ls01b/
source devel/setup.bash
roslaunch ls01b_v2 ls01b_v2.launch
rosrun rviz rviz

查看话题使用如下：


rostopic echo /scan                    # 查看话题雷达扫描到的各个数据

tf 坐标变换：

<launch>
<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="link1_broadcaster" args="1 0 0 0 0 0 1 link1_parent link1 100" />
</launch>

对应的 type 是 static_transform_publisher ，这个用于发布两个参考系之间的静态坐标变换，两个参考系一般不发生相对位置变化。

name是自己取的，给这个node取一个名字

args 有两种格式：一种是位移+旋转角，一种是四元数表达

（1）static_transform_publisher x y z yaw pitch roll frame_id child_frame_id period_in_ms
（2）static_transform_publisher x y z qx qy qz qw frame_id child_frame_id period_in_ms
frame_id和 child_frame_id就对应参与变换的两个坐标系
period_in_ms是发布频率，一般默认值为100ms