ROS学习笔记(一) ： 入门之基本概念
目录
基本概念
实践操作
基本概念
1. package
程序包，里面包含节点node、ros程序库、数据集、配置文件
package manefist
程序包的配置文件，即描述程序包的相关信息，包括其名字、版本、功能简述、依赖关系
2. repositories
代码仓库
3. computation graph
计算图，ros在点对点网络里整合并处理数据的过程。图中包含的基本概念：节点、主机、参数服务器、消息、服务、话题、数据包。
4. node
节点，一个机器人控制系统由多个节点组成，每个节点控制不同的部分。比如一个机器人有两个节点，一个是传感器节点，专门负责接收传感器数据，另一个是控制节点，专门负责控制机器人作出某些动作。
5. master
主机，节点管理器，功能是对于计算图中各个元素进行名字注册(register)和检索，没有主机，节点之间就不能找到彼此则无法进行通信。
parameter service
参数服务器，是主机的一部分，允许数据通过键的方式存储
6. message
消息，节点之间通过传递消息交流，消息是一种数据结构
7. topic
话题，消息的传输使用的是发布\订阅的机制。一个话题可理解为只针对某种消息，节点发送消息则是将该消息发布到其对应的话题上，只有那些订阅该话题的节点才能接收到这个消息。一个话题可能有多个订阅者和发布者，一般他们互相是不知道(也不需知道)对方的存在，以达到解耦(decouple)的效果。
【配图，节点发送消息的过程】
8. service
服务，尽管"发布\订阅"模型非常灵活，但它是多对多、单向传输的，不适用于"发出请求\返回响应"方式的交互，然而这种交互在分布式系统中十分常见。因此 "请求\响应"通过服务来实现。节点需要提供的信息有：所使用服务的名字以及使用服务的客户，将这些信息打包成请求，发送出去之后等待答复。
9. bag
数据包，存储一段时间内ros的消息数据
10. rosout
相当于ros中的stdout/stderr
11. roscore
主机+rosout+参数服务器
实践操作
1. workspace 工作空间
catkin工作空间：
创建catkin工作空间，在需要创建的目录下输入命令:
mkdir -p ~/catkin_ws/src cd ~/catkin_ws catkin_make
- 最后一个命令是使用catkin工作空间时很方便的工具，在工作空间中第一次执行该命令时，会自动在~/catkin_ws/src文件夹中创建cmakelist，同时在工作空间目录中创建build和devel文件夹
- 在devel文件夹中有几个setup.*sh 文件，source其中的任一文件可将工作空间路径包含到环境变量中
source devel/setup.bash
- 为了确认是否包含，检查ros_package _path这个环境变量的值:
echo $ros_package_path
可以看到当前工作空间的路径在最前面
**【注：roscd, rospack等ros工具只能针对那些路径已包含在环境变量ros_package _path中的程序包】**
2. package 程序包
2.1 最简单的程序包 其文件结构看起来如下：
- my_package
- cmakelists.txt
- package.xml
2.2 在catkin工作空间中的程序包
- workspace_folder
- src
- cmakelists.txt
- pkg_1
- cmakelists.txt
- package.xml
- ...
- pkg_n
- cmakelists.txt
- package.xml
2.3 在工作空间中创建程序包
cd ~/catkin_ws/src catkin_create_pkg beginner_tutorials std_msgs rospy roscpp
- 最后一个命令用于创建名为beginner_tutorials的新程序包，这个程序包依赖于std _msgs、roscpp和rospy这几个程序包
- 执行后在src目录下看到beginner_tutorials文件夹，里面包含一个package.xml文件和一个cmakelist，这两个文件已自动包含了之前在命令中规定的依赖关系
- catkin_create_pkg 格式：
catkin_create_pkg <package_name> [depend1] [depend2] [depend3]
2.4 程序包的依赖关系
- 一级依赖
(注意要先将当前工作空间的路径添加到环境变量中，即前面提到的source命令，这样之后执行rospack命令才不会报错提示找不到beginner_tutorials这个包)
rospack depends1 beginner_tutorials
输出结果
std_msgs rospy roscpp
- 间接依赖
对于程序包a的一级依赖程序包b，其自身也依赖一些其它的程序包c，这些程序包c是a的间接依赖
rospack depends1 rospy
可看到rospy的一级依赖
rospack depend beginner_tutorials
递归检测出a的所有的依赖包(包括一级和间接)
2.5 编译程序包
用catkin_make，可认为是在cmake标准工作流程中依次调用了cmake和make
在工作空间中使用catkin_make
在工作空间的根目录下，输入
catkin_make
该命令会编译位于目录 catkin_ws/src 中的所有程序包
更多关于catkin_ make的资料：
3. 用实际例子理解节点和话题
每个节点是一个可执行文件
节点之间通过话题来通信
- 比如一个遥控器节点和一个机器人节点，二者通过话题command来通信，遥控器节点发布信息到command话题中，机器人节点订阅command话题从而接收到遥控器节点发布的信息
使用rosrun
rosrun ros_pkg ros_pkg_node
- 该命令用于运行某个ros程序包中的某个节点
使用rosnode list
rosnode list
- 该命令可以列出当前活跃的所有节点
- rosnode help 列出可选的命令参数
使用rostopic echo
rostopic echo [topic]
- 该命令可以显示在某个话题上发布的信息
- rostopic help 列出可选的命令参数
使用rqt_graph
rosrun rqt_graph rqt_graph
- 打开rqt_graph 可以观察到目前有哪些节点在通过什么话题来通信
使用rqt_plot
rosrun rqt_plot rqt_plot
- 可以实时显示一个发布到某个话题上的数据变化图形
turtlesim模拟器的使用
首先运行turtlesim包中的turtlesim_node节点[海龟本体]
rosrun turtlesim turtlesim_node
另外打开一个终端
- 可以通过键盘来控制turtle [运行一个控制海龟的节点]
rosrun turtlesim turtle_teleop_key
在新终端中打开rqt_graph，可观察到这两个节点通过话题cmmd _vel来通信
rosrun rqt_graph rqt_graph
- 也可以通过手动发布消息到话题上来控制turtle
在新终端中, 列出当前的topic
rostopic list
列出该话题的消息类型
rostopic type /turtle1/cmd_vel
列出该消息类型的详细数据类型
rosmsg show geometry_msgs/twist
发布消息到话题cmd_vel，告诉turtlesim _node，使其以2.0大小的线速度和1.8大小的角速度移动
rostopic pub -1 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/twist -- '[2.0, 0.0, 0.0]' '[0.0, 0.0, 1.8]'
命令中的-1表示rostopic发布一条信息后马上退出，也可以设置为循环发送：
rostopic pub /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/twist -r 1 -- '[2.0, 0.0, 0.0]' '[0.0, 0.0, 1.8]'
该信息以1hz的稳定频率来发送，使turtle保持移动状态
这时可以观察rqt_graph
发现多了一个节点：rostopic发布器节点，同样地，该节点与turtlesim_node节点[海龟本体] 通过话题cmd _vel通信
roslaunch的使用
使用roslaunch同时运行多个节点，通过编写launch文件来配置各个节点
以turtlesim为例
首先保证环境变量中是否有catkin_ws工作空间的路径
echo $ros_package_path
若无，则进入该工作空间的根目录，执行
source devel/setup.bash
之后在任意目录下都可以进入之前创建的程序包
roscd beginner_tutorials
新建launch文件夹，在里面创建launch文件
mkdir launch gedit turtlemimic.launch
拷贝以下launch文件的内容：
http://wiki.ros.org/cn/ros/tutorials/usingrqtconsoleroslaunch
roscpp
ros编写消息发布器和订阅器
相关api格式
更详细的解释
[http://wiki.ros.org/cn/ros/tutorials/writingpublishersubscriber(c%2b%2b)]