ROS（Robot Operating System）机器人操作系统实际上是提供了多节点协同机制，使用了话题、服务、参数服务器、action等通信机制，同时ROS还提供了Gazebo、rviz、rqt、rosbag等工具，这些工具的本质也是对通信消息的收发。
ROS本身提供了点对点网络，共同处理数据，它的基本概念包括节点、主节点、参数服务器、消息、服务、话题、包等等。
分别使用
rospack-获取软件包有关信息：查看软件包依赖，
roscd-切换到软件包目录
rosls-查看软件包包含文件
rosnode-查看ros节点相关信息：查看节点列表，查看节点消息属性
rosrun-运行软件包-某一节点功能：rqt-graph
rostopic-获取话题相关信息
rosservice-获取服务相关信息
rosparam-获取参数相关信息
roslaunch-启动launch文件
rosmsg-查看消息有关信息
可以使用Tab补全代码
整个ROS程序的完整结构是
workspace_folder/ -- WORKSPACEsrc/ -- SOURCE SPACECMakeLists.txt -- 'Toplevel' CMake file, provided by catkinpackage_1/CMakeLists.txt -- CMakeLists.txt file for package_1package.xml -- Package manifest for package_1...package_n/CMakeLists.txt -- CMakeLists.txt file for package_npackage.xml -- Package manifest for package_n
初始化工作空间 mkdir -p my_workspace/srccd my_workspace/src
创建软件包 catkin_create_pkg <package_name> [depend1] [depend2] [depend3] catkin_create_pkg beginner_tutorials std_msgs rospy roscpp
创建catkin工作区，生效配置文件
使用catkin_make，即在CMAKE标准工作流中依次调用了cmake和make。 cd ..catkin_makecatkin_make install# 等价于在CMAKE工作空间下执行:# mkdir build | cd build | cmake .. | make | make install
运行软件包和查看系统结构
运行键盘控制小乌龟运动的示例功能，在多个终端窗口分辨运行下面指令 roscorerosrun turtlesim turtlesim_node __name:=my_turtlerosrun turtlesim turtle_teleop_key
检查通信的层次方向
rosrun rqt_graph rqt_graph
rostopic 指令详述
（1）echo-接收话题消息数据-rostopic echo <topic_name>
（2）pub-发布话题消息数据-rostopic pub <topic_name> <msgs_type> [args] # 发布一次小乌龟速度话题消息数据rostopic pub -1 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist -- '[2.0, 0.0, 0.0]' '[0.0, 0.0, 1.8]'# 以1Hz的频率持续发布小乌龟速度话题数据rostopic pub /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist -r 1 -- '[2.0, 0.0, 0.0]' '[0.0, 0.0, -1.8]'
（3）hz-查看数据发布速率-``
rosservice 指令详述 （1）rosservice list 获取服务列表（2）rosservice call
rosparam 指令详述 #（1）rosparam list 获取参数列表#（2）rosparam get [param_name] 获取参数值#（3）rosparam set [param_name] [args] 设置参数值#（4）rosparam load [yaml_name] ([namespace]) 从文件中加载参数（载入新的命名空间）#（5）rosparam sump [yaml_name] ([namespace]) 向文件中转储参数（载入新的命名空间）#（6）rosparam delete [param_name] 删除参数
rqt 指令详述
（1）查看节点传递消息层次：rosrun rqt_graph rqt_graph
（2）查看数据图：rosrun rqt_plot rqt_plot
（3）查看日志框架：rosrun rqt_console rqt_console
（4）查看信息的详细级别：rosrun rqt_logger_level rqt_logger_levelroslaunch
在软件包（如beginner_tutorials）文件夹内创建launch文件家，用于保存launch文件。 <launch><!--创建两个分组，命名空间分别为turtlesim1,turtlesim2它们都包含名为sim的turtlesim节点，--><group ns="turtlesim1"><node pkg="turtlesim" name="sim" type="turtlesim_node"/></group><group ns="turtlesim2"><node pkg="turtlesim" name="sim" type="turtlesim_node"/></group><!--启动模仿节点，模仿的输入和输出分别为turtlesim1和turtlesim2--><node pkg="turtlesim" name="mimic" type="mimic"><remap from="input" to="turtlesim1/turtle1"/><remap from="output" to="turtlesim2/turtle1"/></node></launch>
在终端窗口运行launch文件和发布话题消息
roslaunch beginner_tutorials turtlemimic.launchrostopic pub /turtlesim1/turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist -r 1 -- '[2.0, 0.0, 0.0]' '[0.0, 0.0, -1.8]'
其中消息传递的层次是
13. rosed 操作详述
rosed是rosbash套件的一部分，可以用来编辑包中文件
设置默认编辑器
详细操作见：http://wiki.ros.org/cn/ROS/Tutorials/UsingRosEd
10.创建ROS消息和服务
（1）基本介绍
消息（.msg）和服务（.srv）都是文本文件，一般分别放置在软件功能包中的msg和srv文件夹中（与launch平级），用于为不同语言编写的消息生成源代码，msg只有一个部分，而服务分为请求和响应。
（2）类型格式
可用类型：
- int8, int16, int32, int64 (以及 uint*)
- float32, float64
- string
- time, duration
- 其他msg文件
- variable-length array[] 和 fixed-length array[C]
.srv文件用一条---将请求和响应两部分上下分开，如：
int64 Aint64 B---int64 Sum
（3）创建消息或服务
为保证能够转换成为C++、python或者其他语言的源代码（即若需要自己构建消息类型），需要在package.xml、CMakeLists.txt中添加相关代码：
对于消息
package.xml
<build_depend>message_generation</build_depend><exec_depend>message_runtime</exec_depend>
CMakeLists.txt
- find_package中添加message_generation
- catkin_package取消注释，并在CATKIN_DEPENDS后面添加message_runtime
- add_message_files取消注释，并添加message_name.msg
- generate_messages取消注释
对于服务
package.xml
<build_depend>message_generation</build_depend><exec_depend>message_runtime</exec_depend>
CMakeLists.txt
- find_package中添加message_generation
- catkin_package取消注释，并在CATKIN_DEPENDS后面添加message_runtime
- add_service_files取消注释，并添加service_name.srv
- generate_messages取消注释
添加完成后，退回工作空间，使用catkin_make重新编译ROS包，编译完成后，自行创建的消息类型就被加载到rosmaster中了，可以通过rosmsg show <message_name>或rossrv show <service_name>查看消息详细信息。
11.编写简单的发布者和订阅者
C++
（1）.cpp文件添加
在前面创建的pkg/src中添加talker.cpp文件，在其中初始化名为talker_init的节点。（talker.cpp和listenter.cpp的代码见节尾）
（2）CMakeLists.txt添加
在CMakeLists.txt的末尾添加
add_executable(talker src/talker.cpp)target_link_libraries(talker ${catkin_LIBRARIES})add_dependencies(talker beginner_tutorials_generate_messages_cpp)add_executable(listener src/listener.cpp)target_link_libraries(listener ${catkin_LIBRARIES})add_dependencies(listener beginner_tutorials_generate_messages_cpp)
代码解释
add_executable(<exable file_name> <relative file_path>)target_link_libraries(<exable file_name> ${catkin_LIBRARIES})add_dependencies(<exable file_name> ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS})
（3）编译和运行
在workspace执行catkin_make编译指令，可以调用rosrun <pkg_name> <exable file_name>，即rosrun beginner_tutorials talker。
/*talker.cpp*/#include "ros/ros.h"#include "std_msgs/String.h"#include <sstream>int main(int argc, char **argv){// 初始化ROS，指定节点名，此处的节点名必须是唯一的ros::init(argc, argv, "talker_initname");// 创建进程句柄ros::NodeHandle n;// 创建话题发布者，定义其名字和消息类型，以及最多缓存的消息条数ros::Publisher chatter_pub = n.advertise<std_msgs::String>("chatter", 1000);// 指定循环频率ros::Rate loop_rate(10);int count = 0;/* 若没有出现：（1）Ctrl+C；（2）被同名节点提出网络；（3）ros::shutdown()被程序另一部分调用；（4）ros::NodeHandles都被销毁。则ros::ok()返回true*/while(ros::ok()){std_msgs::String msg;std::stringstream ss;ss << "hello world " << count;msg.data = ss.str();ROS_INFO("%s", msg.data.c_str());// 发布消息chatter_pub.publish(msg);// 与回调函数相关ros::spinOnce();// 睡眠指定时间loop_rate.sleep();++count;}return 0;} /*listener.cpp*/#include "ros/ros.h"#include "std_msgs/String.h"// 定义接收到消息时的回调函数void chatterCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg){ROS_INFO("I heard: [%s]", msg->data.c_str());}int main(int argc, char **argv){ros::init(argc, argv, "listener_initname");ros::NodeHandle n;// 创建订阅者，指定可以累积接收的消息数，指定回调函数ros::Subscriber sub = n.subscribe("chatter", 1000, chatterCallback);// 自循环函数，一旦ros::ok()返回false，将自动退出ros::spin();return 0;}
python
（1）添加.py文件
一般习惯在前面创建的pkg中创建scripts文件夹，在其中添加talker.py文件，在其中初始化名为talker_init_py的节点。右击.py文件的属性，将其设置为可以作为程序执行。（talker.py和listenter.py的代码见节尾）
（2）在CMakeList.txt中添加（可以不做这一步）
catkin_install_python(PROGRAMS scripts/talker.py scripts/listener.pyDESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION})
（3）运行
若进行了第二步，需切换到工作空间目录执行catkin_make。
使用rosrun <pkg_name> <filename.py>运行。
"""talker.py"""#!/usr/bin/env python# -*- coding: utf-8 -*-# license removed for brevityimport rospyfrom std_msgs.msg import String# 创建发布者函数def talker():# 创建话题发布者对象，指定其名字，消息类型，最大累积队列长度pub = rospy.Publisher('chatter', String, queue_size=10)# 初始化节点，指定节点名，anonymous = True会让名称末尾添加随机数，来确保节点具有唯一的名称。rospy.init_node('talker_init_py', anonymous=True)# 设置发布频率rate = rospy.Rate(10)# 如果节点没有被关闭while not rospy.is_shutdown():hello_str = "hello world %s" % rospy.get_time()# ros消息框rospy.loginfo(hello_str)# 发布消息pub.publish(hello_str)# 睡眠指定时间rate.sleep()if __name__ == '__main__':try:talker()except rospy.POSInterruptException:pass """listener.py"""#!/usr/bin/env python# -*- coding: utf-8 -*-import rospyfrom std_msgs.msg import String# 创建回调函数def callback(data):# 在ros窗口显示消息rospy.loginfo(rospy.get_caller_id() + "I heard %s", data.data)def listener():# 初始化节点rospy.init_node('listener_init_py', anonymous=True)# 指定订阅者对象rospy.Subscriber("chatter", String, callback)# 自循环函数rospy.spin()if __name__ == '__main__':listener()
进阶库学习
navigate 导航模块
首先跑通一个demo对navigate模块建立整体的认识，下载中国大学慕课《机器人操作系统入门》的代码（视频和代码链接见文末），根据其中的md文件配置ros工作空间和编译，
slam例子
分别输入指令：
roscore# roslaunch slam_sim_demo <launchfilename>roslaunch slam_sim_demo gmapping_demo.launchroslaunch slam_sim_demo view_slam.launch
在rviz环境中使用2D Nav Goal指定目标点
跑通的gmapping_demo层次结构如图：
navigation本身是一个metapackage，是一个功能包的集合。
是一个二维的导航功能包。
灰色（可替代）
蓝色（必须提供）
move_base的功能包括全局规划、局部规划、处理异常行为，可以把它看做有三个接口，如下图所示，针对每个接口，都可以指定相应的程序，而这三个接口插件都集成了nav_core这个接口类。
cost_map是move_base的一个插件，与map不同的是，cost_map用于路径规划，是有多个层叠加的结果，如static layer（静态）、obstacle layer（动态和三维）、inflation layer（膨胀信息）。
map_server提供一直地图的信息，发布的topic为占用栅格数值和地图信息，提供静态地图服务，提供frame的参数服务器。
amcl为蒙特卡洛自适应定位方法，输入的参数有/tf、/scan和/map，输出的参数为/tf、/amcl_pose和/map，相较于传统的纯里程计（odom）定位，会将里程计的漂移补到odom计和map之间。
navigation例子
roscore
ROS资料：
ROS wiki cn：http://wiki.ros.org/cn/ROS/TutorialsROS导航官方库：【奥特学院】ROS机器人入门课程《ROS理论与实践》零基础教程：https://www.bilibili.com/video/BV1Ci4y1L7ZZ，课程文档：http://www.autolabor.com.cn/book/ROSTutorials/中国大学慕课，课程代码：https://github.com/GetOverMassif/ROS-Academy-for-Beginners，课程文档：https://sychaichangkun.gitbooks.io/ros-tutorial-icourse163/content/
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