qq_45685327的博客

该文件是move_base 在全局路径规划与本地路径规划时调用的通用参数，包括:机器人的尺寸、距离障碍物的安全距离、传感器信息等。（为了省事，我把Gazebo仿真环境的launch文件也集成在这里了，没有按照教程说的单独启动，目前没有出现问题）基本的局部规划器参数配置，这个配置文件设定了机器人的最大和最小速度限制值，也设定了加速度的阈值。运行集大成的launch文件，在rviz里面添加需要的组件，保存rviz文件到工程文件夹里面。要注意的是在设置路径规划的组件的时候，全局路径规划的组件要选择。

在启动的 rviz 中，添加RobotModel、Map组件，分别显示机器人模型与地图，添加 posearray 插件，设置topic为particlecloud来显示 amcl 预估的当前机器人的位姿，箭头越是密集，说明当前机器人处于此位置的概率越高；上一步中集成地图服务、amcl 与 rviz 的 launch 文件；通过键盘控制机器人运动，会发现 posearray 也随之而改变。3.3启动test_amcl.launch。3.1先启动 Gazebo 仿真环境。3.4添加组件，显示效果。

map_server功能包中提供了两个节点: map_saver 和 map_server，前者用于将栅格地图保存到磁盘，后者读取磁盘的栅格地图并以服务的方式提供出去。sudo apt install ros--map-server。

该移动机器人可以发布里程计消息机器人需要发布雷达消息(该消息可以通过水平固定安装的雷达发布，或者也可以将深度相机消息转换成雷达消息)关于里程计与雷达数据，仿真环境中可以正常获取的，不再赘述，栅格地图如案例所示。

ROS学习需要使用Linux系统，首先就是Ubuntu，我选择的是18.04.6这个版本，因为后面我要使用以Jetson Nano为主控的Jetbot进行ROS编程，Jetbot所带的出厂镜像就是18.04，为了方便程序移植，以及减少不必要的麻烦。选择使用双系统而不是虚拟机或者直接在Jetson Nano上进行学习，是因为这三种方式我都尝试过了，最终发现双系统是学习ROS最优雅的方案。视频中UP 主使用的ROG的电脑，中途有些步骤跟我的不太一样，以下是解决方案。我是参考的以下博客以及B站的视频进行安装。

我自己安装的时候省略了第一部的手动更换镜像源，我是在鱼香ROS安装过程中选择更换的。ROS安装这一步我已经安装了无数次了，以下链接是最方便高效的安装方式。安装好了以后又安装了VScode，方便后期编程。

上述命令，会在工作空间下生成一个功能包，该功能包依赖于 roscpp、rospy 与 std_msgs，其中roscpp是使用C++实现的库，而rospy则是使用python实现的库，std_msgs是标准消息库，创建ROS功能包时，一般都会依赖这三个库实现。进入该路径下创建helloworld.cpp文档，这个就是我们编写程序的文件。在终端输入以下命令创建demo0文件夹（工作空间），以及src子文件夹。回到该路径，编辑CMakeLists.txt文档，注意文件路径。打开该文档，输入以下代码，并保存。

Ctrl+Shift+B进行编译会出现选择框，点击那个catkin_make:build旁边的设置按钮，进入tasks.json文件如图。建议直接安装最新版，使用的是双系统不用考虑兼容性问题，很兼容，而且好用。在工作空间下打开终端输入 code . 打开VScode。2.VScode实现C++的HelloWorld。现在就可以用VScode开心的编程了！Ctrl+Shift+B编译文件。在右下角新增两个终端，用于运行程序。第一个终端里面启动roscore。第二个终端里面运行执行命令。1.VScode安装。

一个程序中可能需要启动多个节点，比如:ROS 内置的小乌龟案例，如果要控制乌龟运动，要启动多个窗口，分别启动 roscore、乌龟界面节点、键盘控制节点。如果每次都调用 rosrun 逐一启动，显然效率低下，如何优化?官方给出的优化策略是使用 launch 文件，可以一次性启动多个 ROS 节点。选定 launch 文件夹右击 ---> 添加 launch 文件。同样是两个终端，一个开roscore，另外一个输入以下。选定功能包右击 ---> 添加 launch 文件夹。编辑 launch 文件内容。

首先补充一个命令ROS计算图。

修改CMakeLists.txt配置文件。在通信功能包下面新建订阅文件。另起一个终端，开启订阅程序。在上一节工程文件基础上继续。另起一个终端,开启发布程序。

使用之前C++写的订阅节点订阅消息并打印出来。根据以上步骤创建文件夹并编写代码。同发布端步骤，运行程序。新建文件夹和文件如图。

在 ROS 通信协议中，数据载体是一个较为重要组成部分，ROS 中通过 std_msgs 封装了一些原生的数据类型,比如:String、Int32、Int64、Char、Bool、Empty.... 但是，这些数据一般只包含一个 data 字段，结构的单一意味着功能上的局限性，当传输一些复杂的数据，比如: 激光雷达的信息... std_msgs 由于描述性较差而显得力不从心，这种场景下可以使用自定义的消息类型msgs只是简单的文本文件，每行具有字段类型和字段名称，可以使用的字段类型有：int8, int16

ROS master(管理者)Server(服务端)Client(客户端)ROS Master 负责保管 Server 和 Client 注册的信息，并匹配话题相同的 Server 与 Client ，帮助 Server 与 Client 建立连接，连接建立后，Client 发送请求信息，Server 返回响应信息。整个流程由以下步骤实现:0.Server注册Server 启动后，会通过RPC在 ROS Master 中注册自身信息，其中包含提供的服务的名称。

ROS Master (管理者)Talker (参数设置者)Listener (参数调用者)ROS Master 作为一个公共容器保存参数，Talker 可以向容器中设置参数，Listener 可以获取参数。整个流程由以下步骤实现:1.Talker 设置参数Talker 通过 RPC 向参数服务器发送参数(包括参数名与参数值)，ROS Master 将参数保存到参数列表中。2.Listener 获取参数。

机器人系统中启动的节点少则几个，多则十几个、几十个，不同的节点名称各异，通信时使用话题、服务、消息、参数等等都各不相同，一个显而易见的问题是: 当需要自定义节点和其他某个已经存在的节点通信时，如何获取对方的话题、以及消息载体的格式呢？rosnode : 操作节点rostopic : 操作话题rosservice : 操作服务rosmsg : 操作msg消息rossrv : 操作srv消息rosparam : 操作参数。

因为这里要调用turtlesim功能包里面定义的消息类型，所以需要添加该功能包作为依赖。使用最开始helloworld功能包里的launch文件。创建编程文件并添加可执行权限，编辑配置文件。打开计算图查看具体是那个话题在起作用。这个其实可以通过终端实现，输入以下代码。从上图可以看到两个节点之间的话题是。创建编程文件，编写代码，编辑配置文件。打印出来乌龟键盘控制节点的话题。这里要实现一个小乌龟转圈圈的功能。添加可执行权限，运行查看效果。创建编程文件，修改配置文件。使用以下命令获取话题信息。

新建编程文件，编辑配置文件，添加可执行权限。创建编程文件，编写代码，编辑配置文件。使用命令实现访问服务端创建小乌龟。获取服务话题以及服务的消息类型。产看该消息的具体信息。

修改相关参数后，重启 turtlesim_node 节点，背景色就会发生改变了。单独使用命令启动小乌龟节点，不是用lanuch文件，不启动键盘控制节点。新建编程文件，编辑配置文件，添加可执行权限。创建编程文件，编写代码，编辑配置文件。使用命令打印参数服务器参数列表。

由于时间问题，从这一节开始只记录C++实现效果，加油以下附上这一节调试用的程序。

新建功能包在该路径下创建头文件编写以下代码public:void run();#endif在 VScode 中，为了后续包含头文件时不抛出异常，请配置 .vscode 下 c_cpp_properties.json 的 includepath属性"/home/用户/工作空间/src/功能包/include/**"ROS_INFO("自定义头文件的使用....");return 0;include最后，编译并执行，控制台可以输出自定义的文本信息。1.头文件class My {

完成ROS中一个系统性的功能，可能涉及到多个功能包，比如实现了机器人导航模块，该模块下有地图、定位、路径规划...等不同的子级功能包。那么调用者安装该模块时，需要逐一的安装每一个功能包吗？显而易见的，逐一安装功能包的效率低下，在ROS中，提供了一种方式可以将不同的功能包打包成一个功能包，当安装某个功能模块时，直接调用打包后的功能包即可，该包又称之为元功能包(metapackage)。

关于 launch 文件的使用已经不陌生了，之前就曾经介绍到:一个程序中可能需要启动多个节点，比如:ROS 内置的小乌龟案例，如果要控制乌龟运动，要启动多个窗口，分别启动 roscore、乌龟界面节点、键盘控制节点。如果每次都调用 rosrun 逐一启动，显然效率低下，如何优化?采用的优化策略便是使用roslaunch 命令集合 launch 文件启动管理节点，并且在后续教程中，也多次使用到了 launch 文件。概念。

现有一机器人模型，核心构成包含主体与雷达，各对应一坐标系，坐标系的原点分别位于主体与雷达的物理中心，已知雷达原点相对于主体原点位移关系如下: x 0.2 y0.0 z0.5。当前雷达检测到一障碍物，在雷达坐标系中障碍物的坐标为 (2.0 3.0 5.0),请问，该障碍物相对于主体的坐标是多少？前者用于传输坐标系相关位置信息，后者用于传输某个坐标系内坐标点的信息。在坐标变换中，频繁的需要使用到坐标系的相对关系以及坐标点信息。所谓静态坐标变换，是指两个坐标系之间的相对位置是固定的。

所谓动态坐标变换，是指两个坐标系之间的相对位置是变化的。需求描述:启动 turtlesim_node,该节点中窗体有一个世界坐标系(左下角为坐标系原点)，乌龟是另一个坐标系，键盘控制乌龟运动，将两个坐标系的相对位置动态发布。实现分析:乌龟本身不但可以看作坐标系，也是世界坐标系中的一个坐标点订阅 turtle1/pose,可以获取乌龟在世界坐标系的 x坐标、y坐标、偏移量以及线速度和角速度将 pose 信息转换成 坐标系相对信息并发布。

现有坐标系统，父级坐标系统 world,下有两子级系统 son1，son2，son1 相对于 world，以及 son2 相对于 world 的关系是已知的，求 son1原点在 son2中的坐标，又已知在 son1中一点的坐标，要求求出该点在 son2 中的坐标首先，需要发布 son1 相对于 world，以及 son2 相对于 world 的坐标消息然后，需要订阅坐标发布消息，并取出订阅的消息，借助于 tf2 实现 son1 和 son2 的转换最后，还要实现坐标点的转换新建功能包，添加依赖。

在机器人系统中，涉及的坐标系有多个，为了方便查看，ros 提供了专门的工具，可以用于生成显示坐标系关系的 pdf 文件，该文件包含树形结构的坐标系图谱。

程序启动之初: 产生两只乌龟，中间的乌龟(A) 和 左下乌龟(B), B 会自动运行至A的位置，并且键盘控制时，只是控制 A 的运动，但是 B 可以跟随 A 运行。乌龟跟随实现的核心，是乌龟A和B都要发布相对世界坐标系的坐标信息，然后，订阅到该信息需要转换获取A相对于B坐标系的信息，最后，再生成速度信息，并控制B运动。键盘是无法控制第二只乌龟运动的，因为使用的话题: /第二只乌龟名称/cmd_vel,对应的要控制乌龟运动必须发布对应的话题消息。编写订阅方，订阅两只乌龟信息，生成速度信息并发布。

命令实现不够灵活，可以使用编码的方式，增强录制与回放的灵活性,本节将通过简单的读写实现演示rosbag的编码实现。ROS 内置的乌龟案例并操作，操作过程中使用 rosbag 录制，录制结束后，实现重放。操作小乌龟一段时间，结束录制使用 ctrl + c，在创建的目录中会生成bag文件。在test.bag文件所在文件夹打开终端，执行以下命令就可以查看详细信息。通过以下两种方式读取，一种是文档里面写的，另一种是上课讲的。重启乌龟节点，会发现，乌龟按照录制时的轨迹运动。创建目录保存录制的文件。

rqt_console 是 ROS 中用于显示和过滤日志的图形化插件。

前面介绍过，URDF 不能单独使用，需要结合 Rviz 或 Gazebo，URDF 只是一个文件，需要在 Rviz 或 Gazebo 中渲染成图形化的机器人模型，当前，首先演示URDF与Rviz的集成使用，因为URDF与Rviz的集成较之于URDF与Gazebo的集成更为简单，后期，基于Rviz的集成实现，我们再进一步介绍URDF语法。在 Rviz 中显示一个盒状机器人准备:新建功能包，导入依赖核心:编写 urdf 文件核心:在 launch 文件集成 URDF 与 Rviz。

例如:可以显示机器人模型，可以无需编程就能表达激光测距仪（LRF）传感器中的传感 器到障碍物的距离，RealSense、Kinect或Xtion等三维距离传感器的点云数据（PCD， Point Cloud Data），从相机获取的图像值等。，可以以一种 XML 的方式描述机器人的部分结构，比如底盘、摄像头、激光雷达、机械臂以及不同关节的自由度.....,该文件可以被 C++ 内置的解释器转换成可视化的机器人模型，是 ROS 中实现机器人仿真的重要组件。打开主目录，打开终端，输入以下命令。

robot 根标签，类似于 launch文件中的launch标签link 连杆标签joint 关节标签gazebo 集成gazebo需要使用的标签关于gazebo标签，后期在使用 gazebo 仿真时，才需要使用到，用于配置仿真环境所需参数，比如: 机器人材料属性、gazebo插件等，但是该标签不是机器人模型必须的，只有在仿真时才需设置。

urdf 中的 joint 标签用于描述机器人关节的运动学和动力学属性，还可以指定关节运动的安全极限，机器人的两个部件(分别称之为 parent link 与 child link)以"关节"的形式相连接，不同的关节有不同的运动形式: 旋转、滑动、固定、旋转速度、旋转角度限制....,比如:安装在底座上的轮子可以360度旋转，而摄像头则可能是完全固定在底座上。joint标签对应的数据在模型中是不可见的。

创建一个四轮圆柱状机器人模型，机器人参数如下,底盘为圆柱状，半径 10cm，高 8cm，四轮由两个驱动轮和两个万向支撑轮组成，两个驱动轮半径为 3.25cm,轮胎宽度1.5cm，两个万向轮为球状，半径 0.75cm，底盘离地间距为 1.5cm(与万向轮直径一致)

使用xacro优化上一节案例中驱动轮实现，需要使用变量封装底盘的半径、高度，使用数学公式动态计算底盘的关节点坐标，使用 Xacro 宏封装轮子重复的代码并调用宏创建两个轮子(注意: 在此，演示 Xacro 的基本使用，不必要生成合法的 URDF )。编写 Xacro 文件，以变量的方式封装属性(常量半径、高度、车轮半径...)，以函数的方式封装重复实现(车轮的添加)。会将 xacro 文件解析为 urdf 文件。

在前面小车底盘基础之上，添加摄像头和雷达传感器。

通过 URDF 结合 rviz 可以创建并显示机器人模型，不过，当前实现的只是静态模型，如何控制模型的运动呢？在此，可以调用 Arbotix 实现此功能。Arbotix 是一款控制电机、舵机的控制板，并提供相应的 ros 功能包，这个功能包的功能不仅可以驱动真实的 Arbotix 控制板，它还提供一个差速控制器，通过接受速度控制指令更新机器人的 joint 状态，从而帮助我们实现机器人在 rviz 中的运动。

较之于 rviz，gazebo在集成 URDF 时，需要做些许修改，比如:必须添加 collision 碰撞属性相关参数、必须添加 inertial 惯性矩阵相关参数，另外，如果直接移植 Rviz 中机器人的颜色设置是没有显示的，颜色设置也必须做相应的变更。需要注意的是，原则上，除了 base_footprint 外，机器人的每个刚体部分都需要设置惯性矩阵，且惯性矩阵必须经计算得出，如果随意定义刚体部分的惯性矩阵，那么可能会导致机器人在 Gazebo 中出现抖动，移动等现象。

注意: 如果机器人模型在 Gazebo 中产生了抖动，滑动，缓慢位移 .... 诸如此类情况，请查看。车轮翻转需要依赖于 PI 值，如果 PI 值精度偏低，也可能导致上述情况产生。惯性矩阵是否设置了，且设置是否正确合理。