古月居 ROS入门21讲 第十七讲 ROS中的坐标系管理系统

古月居 ROS入门21讲 第十七讲 ROS中的坐标系管理系统

安装TF坐标管理系统并启动demo

apt install ros-melodic-turtle-tf
roslaunch turtle_tf turtle_tf_demo.launch

效果如图
TF坐标变换Demo
在命令窗口下可以按上下左右键控制turtle1的移动,turtle2跟随着运动,但只是坐标的跟随,角度不跟随。

  • 使用如下命令在当前目录下生成TF树(pdf文件)
rosrun tf view_frames

在这里插入图片描述

  • tf_echo
rosrun tf tf_echo turtle2 turtle1

上述命令查看turtle2到turtle1的坐标变换

  • Rviz
rosrun rviz rviz -d `rospack find turtle_tf`/rviz/ture_rviz.rviz

在这里插入图片描述

<think>好的,我现在需要回答用户关于ROS2开发的问题。首先,用户之前询问了树莓派是否适合ROS,现在转向ROS2开发的具体介绍。我要确保回答结构清晰,符合用户之前提到的要求:分步骤分析,使用中文,正确使用LaTeX格式,以及系统级指令中的格式要求。 首先,我需要回忆用户之前的问题和我的回答,以保持连贯性。之前我提到树莓派适合ROS,特别是ROS2,因此现在介绍ROS2开发可能需要详细说明其特点、版本、核心概念、开发工具、应用场景、优缺点等。用户可能希望了解如何开始使用ROS2,它的优势,以及实际应用中的注意事项。 接下来,我需要组织内容的结构。根据之前的回答,用户喜欢分步骤或分部分的分析,比如硬件性能、版本适配、应用场景等。因此,我可以将ROS2开发分为几个主要部分:概述与特点、核心概念、开发工具、应用场景、开发流程、优缺点及学习资源。 在撰写每个部分时,要确保使用正确的中文术语,避免直接翻译英文可能带来的歧义。例如,ROS2中的“节点”应保留为“节点”,而“DDS”可能需要解释为“数据分发服务”。同时,需要检查是否有需要使用的数学公式或代码块,按照用户的要求,数学表达式需用$...$,独立公式用$$...$$,但ROS2开发可能较少涉及数学,更多是概念和流程。不过如果有参数或方程的例子,比如通信频率或算法,可能需要使用LaTeX。 然后,验证每个部分的准确性。例如,ROS2的版本目前最新的是Humble Hawksbill,支持到2027年,而Iron Irwini是较新的版本。需要确认这些信息是否正确,以及版本的支持周期。此外,核心概念如节点、话题、服务、动作等需要正确描述其区别和用途。 关于开发工具,colcon是ROS2的构建工具,替代了ROS1中的catkin。需要说明其基本用法,如colcon build。仿真工具如Gazebo和Ignition,以及可视化工具如RQt和RViz2,这些是否支持ROS2,需要确认最新情况。例如,Gazebo与ROS2的集成情况,是否需要使用特定版本。 应用场景部分需要涵盖自动驾驶、无人机、工业机器人等,这些都是ROS2的常见应用领域。需要确保例子准确,比如Autoware用于自动驾驶,Micro-ROS用于嵌入式系统。 开发流程部分需要分步骤说明,从环境搭建到测试部署,每一步的关键点是什么。例如,安装ROS2推荐使用二进制包,创建工作空间使用colcon,编写代码遵循ROS2的API规范,调试用命令行工具和可视化工具。 优缺点分析要客观,ROS2的优点包括实时性、跨平台、安全性,缺点可能是学习曲线和资源消耗。需要确认这些点是否准确,是否有其他因素需要考虑,比如社区支持情况。 学习资源部分需要推荐官方文档、教程、社区论坛等,确保链接或资源名称正确,如ROS2官方Wiki、GitHub仓库、知乎专栏、B站教程等。 最后,总结部分要简明扼要,强调ROS2的现代化特性和适用场景,呼应用户之前关于树莓派的问题,可能提到在资源有限的设备上使用ROS2的注意事项。 在检查过程中,要确保没有使用任何Markdown格式,全部用纯文本,并且正确应用了LaTeX格式。例如,如果有提到通信频率的公式,比如数据传输速率,可以用$f = 1/T$,但如果没有具体数值,可能不需要数学表达式。此外,注意术语的一致性,比如“节点”而不是“Node”,“话题”而不是“Topic”。 还要注意用户可能的深层需求,比如他们可能想知道ROS2与ROS1的主要区别,或者如何迁移项目到ROS2,但用户当前的问题是介绍ROS2开发,因此需要在概述中包含这些对比信息,但不过于深入。 最后,确保语言口语化,自然流畅,避免生硬的术语堆砌,同时保持专业性。例如,在解释DDS时,可以简单说明其作用,而不过多深入技术细节,除非用户明确要求。</think>### ROS2 开发介绍 ROS2(Robot Operating System 2)是新一代机器人操作系统,专为现代机器人需求设计,解决了ROS1在实时性、分布式通信和安全性上的不足。以下分步骤分析其核心内容: --- #### 一、ROS2 概述与特点 1. **设计目标** - **实时性**:支持硬实时系统(如工业机械臂)。 - **跨平台**:兼容Linux、Windows、macOS及嵌入式系统(如STM32)。 - **安全性**:内置DDS协议加密通信(如`SROS2`工具)。 2. **与ROS1的主要区别** - **通信机制**:ROS1依赖TCPROS/UDPROSROS2采用标准化**DDS(数据分发服务)**,支持更灵活的 QoS(服务质量策略)。 - **架构**:ROS2取消`roscore`主节点,实现完全分布式。 - **API**:ROS2使用面向对象的C++/Python接口(如`rclcpp`、`rclpy`)。 --- #### 二、ROS2 核心概念 1. **节点(Node)** - 功能模块单位,例如: ```python # Python 示例 rclpy.init() node = rclpy.create_node('my_node') ``` 2. **通信机制** - **话题(Topic)**:异步发布/订阅模式(如传感器数据流)。 - **服务(Service)**:同步请求/响应模式(如控制指令)。 - **动作(Action)**:长时任务管理(支持取消与进度反馈)。 3. **中间件与DDS** - 默认使用`Fast DDS`,可替换为`Cyclone DDS`或`Connext DDS`。 - QoS配置示例(高可靠性): ```yaml reliability: reliable durability: transient_local ``` --- #### 三、ROS2 开发工具 1. **构建工具** - **colcon**:替代ROS1的`catkin_make`,支持多语言包构建。 ```bash colcon build --symlink-install ``` 2. **仿真与调试** - **Gazebo + ROS2插件**:物理仿真(需安装`ros-<distro>-gazebo-ros-pkgs`)。 - **RQt**:图形化调试工具(实时监控节点、话题)。 - **RViz2**:3D可视化(支持点云、TF坐标系显示)。 3. **CLI工具** - `ros2 node list`:列出所有节点。 - `ros2 topic echo /topic`:查看话题数据。 --- #### 四、典型应用场景 1. **自动驾驶** - 框架:`Autoware.Auto`(基于ROS2的感知-规划-控制全栈)。 - 案例:多车协同调度(利用DDS实现低延迟通信)。 2. **无人机与移动机器人** - 平台:PX4飞控 + ROS2节点(通过`micro-ROS`接入)。 - 功能:自主避障(结合`Nav2`导航栈)。 3. **工业机器人** - 实时控制:通过`ROS2-Control`框架驱动机械臂(支持EtherCAT)。 --- #### 五、ROS2 开发流程(以Ubuntu为例) 1. **环境搭建** - 安装ROS2 Humble: ```bash sudo apt install ros-humble-desktop source /opt/ros/humble/setup.bash ``` 2. **创建工作空间** ```bash mkdir -p ~/ros2_ws/src cd ~/ros2_ws colcon build ``` 3. **编写与编译包** - 使用`ros2 pkg create`生成包模板。 - 关键文件: - `package.xml`:依赖声明。 - `CMakeLists.txt`:构建配置。 4. **调试与部署** - 单元测试:`colcon test`。 - 交叉编译:通过`meta-ros`支持ARM架构(如树莓派)。 --- #### 六、ROS2 的优缺点 | **优点** | **缺点** | |------------------------------|------------------------------| | 实时性高(μs级延迟) | 学习曲线陡峭(需掌握DDS原理) | | 支持大规模分布式系统 | 部分ROS1包尚未迁移到ROS2 | | 社区活跃(2023年贡献者超4000)| 资源占用较高(相比MCU裸机) | --- #### 七、学习资源推荐 1. **官方文档**: - [ROS2 Wiki](https://docs.ros.org/en/humble/) - [ROS2 GitHub](https://github.com/ros2) 2. **实践教程**: - 《ROS2入门21》(知乎专栏) - B站“古月ROS2基础课程 3. **社区支持**: - ROS Answers论坛 - 中文社区:鱼香ROS(提供一键安装脚本) --- ### 总结 ROS2 是机器人开发的未来方向,尤其适合**需要高实时性、分布式架构或跨平台部署**的项目。对于新手,建议从`Humble Hawksbill`版本入手,结合仿真工具逐步掌握核心概念。开发时需注意: $$ \text{合理选择DDS + 优化QoS + 利用CI/CD自动化测试} $$
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