你ROS2的第一个Hello world项目

原创已于 2024-05-29 11:32:03 修改

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于 2024-05-27 11:45:55 首次发布

基于ROS2的多传感器机械臂实战项目专栏收录该内容

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忙活了一中午，基本上摸清了如何使用colcon等工具编译一个自己的ROS2的项目。本文中，首先介绍了这么几个概念：节点(node)、主题(topic)、服务(services)。然后介绍了如何使用colcon来构建自己的包。本人的使用环境：ubuntu22.04，ROS2 Iron。我会提供源码给大家。本文参考：coze，ros2官网教程

1、激励实例

这一部分，我们提供了两个激励实例，先给大家看一看结果，一方面激发兴趣，另一方面明确这篇文章具体完成了什么任务。具体如何构建将会在后续详细介绍。

1.1 ROS2 初体验——使用绿毛龟(turtlesim)玩一玩

在这里插入图片描述
这里开了两个节点，一个是绿毛龟节点，另一一个是控制绿毛龟的节点。开启控制节点之后，键盘上下左右即可控制绿毛龟。这里的节点实际上就是执行特定任务的独立单元，节点之间可以进行通信。目前这个实例就是控制节点捕捉我们的键盘动作，然后将命令传递给绿毛龟节点，即完成控制。

1.2 ROS2 再体验——编译自己的包(talker & listener)

这里构建了两个节点：talker和listener。talker每1s发布一个topic，然后listener监听到topic之后打印下来。这就是经典的ROS2中的Hello word。
在这里插入图片描述

2、ROS2中的一些基本概念

节点(node)：就是一个执行特定任务的独立单元。你可以把它想象成一个程序或一个进程。在一个典型的ROS 2系统中，可能会有多个节点同时运行，每个节点都负责执行一个特定的任务。节点与节点之间可以进行通信。简单来说，节点是ROS 2系统中执行任务和处理数据的基本单位。
话题(topic)：异步通信方式，发出去就不管了，可以多对多。
服务(service)：同步通信方式，发出去之后要等待回应，可以一对多。
动作(action)：是 ROS 2 中的通信类型之一，适用于长时间运行的任务。底层的三个话题和服务组成：一个任务目标（Goal，服务），一个执行结果（Result，服务），周期数据反馈（Feedback，话题）。

3、如何构建自己的包

3.1 玩绿毛龟

ros2 run turtlesim turtlesim_node    #运行绿毛龟节点
ros2 run turtlesim turtle_teleop_key #运行控制绿毛龟的节点

3.2 编译自己的包

3.2.1 新建包

ROS2中提供了一个colcon工具来管理构建。使用ros2 pkg create命令创建新包。这里的--build-type需要指定构建的类型：ament_python、ament_cmake。--dependencies xxx xxx表示需要依赖的包。

ros2 pkg create --build-type ament_cmake note_communication --dependencies rclcpp std_msgs

3.2.2 查看新建包的结果

上述创建包之后，生成两个文件CMakeLists.txt和package.xml。在ROS2中，package.xml文件是一个包的清单文件，它包含了关于包的元数据，例如包的名称、版本、作者、许可证信息，以及它与其他ROS软件包的依赖关系等。这个文件是用XML格式编写的，每个包必须有一个这样的文件。它的主要作用是帮助ROS的构建系统理解包的结构和依赖关系，以便正确地构建和链接它们。

3.2.3 编写talker和listener节点代码并且将至添加到CMakeLists.txt中

在src中，添加节点的实现代码(具体代码后续提供)。然后将两个节点添加到CMakeLists.txt中。

add_executable(talker ./src/talker.cpp)
ament_target_dependencies(talker rclcpp std_msgs)				#添加节点的依赖

add_executable(listener ./src/listener.cpp)
ament_target_dependencies(listener rclcpp std_msgs)

install(TARGETS												    #添加安装路径
  talker
  listener
  DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})

在note_communication目录执行编译命令：

colcon build

3.2.4 运行节点

source ./install/setup.bash
ros2 run note_communication talker	# 跑talker节点

开一个新的终端：

source ./install/setup.bash
ros2 run note_communication listener	# 跑listener节点

搞定

4、代码分享

talker.cpp

#include <rclcpp/rclcpp.hpp>
#include <std_msgs/msg/string.hpp>

int main(int argc, char const *argv[]){
  rclcpp::init(argc, argv);
  // 创建名字为talker的节点
  auto node = rclcpp::Node::make_shared("talker");
  
  // 在"chatter"这个主题上创建一个发布者，队列大小设为10
  auto chatter_pub = node->create_publisher<std_msgs::msg::String>("chatter", 10);
  rclcpp::Rate loop_rate(1); //控制主循环的频率，这里设定为每秒10次

  auto msg = std_msgs::msg::String();

  int index = 0;
  //主循环，只要ROS 2没有被关闭，就一直执行。
  while (rclcpp::ok()){
    msg.data = "Hello, world. " + std::to_string(index);
    RCLCPP_INFO(node->get_logger(), "Publishing: '%s'", msg.data.c_str());
    chatter_pub->publish(msg);//发布消息

    //循环等待回调函数
    rclcpp::spin_some(node);
    loop_rate.sleep();  //等待一段时间
    ++index;
  }
  rclcpp::shutdown();
  return 0;
}

listener.cpp

#include <rclcpp/rclcpp.hpp>
#include <std_msgs/msg/string.hpp>

void chatterCallback(const std_msgs::msg::String::SharedPtr msg)
{
  RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("listener"), "I heard: [%s]", msg->data.c_str());
}

int main(int argc, char **argv)
{
  rclcpp::init(argc, argv);
  // 创建名字为listener的节点
  auto node = rclcpp::Node::make_shared("listener");
  auto sub = node->create_subscription<std_msgs::msg::String>("chatter", 10, chatterCallback);
  rclcpp::spin(node);
  rclcpp::shutdown();
  return 0;
}

5、ROS2市场与安装已有包

ros资源网址，看清楚自己的ros2版本，以及是否可以通过apt指令安装。这里以rqt_robot_steering为例。

sudo apt-get install ros-iron-rqt-robot-steering #安装包
ros2 run rqt_robot_steering rqt_robot_steering   #启动包
ros2 run turtlesim turtlesim_node 				#启动绿毛龟节点

然后需要在rqt_robot_steering的最上面节点名称添加加上turtle1/cmd_vel，用来指示我们要控制turtle1。然后设定速度和角速度即可。

6、总结与反思

本人在好几年前接触过ROS1，我记得那时候在执行某个节点时，还需要首先开启一个ros::core节点。本人当时就在想，如果这个core节点挂掉，整个系统就会挂掉。在接触ROS2这两天之后，看来ROS2已经更改了这个特性，每个节点执行都有一定的独立性，类似于去中心化的分布的那个想法。但可以预见的一个疑问是，去中心化意味着整个系统不知道这些节点执行的先后顺序，对于一些注重执行步骤的任务，ROS2中是否存在一些机制能够胜任。

这篇博客，基本上都是标准化的流程，要弄清楚如何创建、编译、执行一个现有的/自己创建的包。其中，还添加了一些ROS2的一些基本概念，topic、service、action等。