ROS编程深入理解(Python)_ros python

参考

• 官方的wiki http://wiki.ros.org/cn/ROS/Tutorials/
• 中文ROS教程社区 https://www.ncnynl.com/
• 之前没有详细看官方的wiki，而是选择看网上的课程，现在看来是错误的，不过也是一个学习的过程。
  

ROS构建工作空间

这部分因为之前的ROS编程已经很详细了，这里记录一些简单的理解

• 整体围绕软件包开发，也就是pkg
• 创建软件包有很多细节，主要是处理依赖的问题，还有保证自己的软件包的完整性，我理解这是一种规范，这样别人使用的时候也很方便。
• 构建工作空间可以自定义名称，每次修改需要编译
• 记得source
• 当你发现你没地方输命令的时候，开新的终端 Ctrl + alt + T 快捷键

$ mkdir -p ~/catkin_ws/src #必须包含src
$ cd ~/catkin_ws/
$ catkin_make
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ROS基本命令

节点

$ roscore
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这是最核心的命令，相当于启动一台机器，深入理解就是，启动rosmaster，这个是方便节点之间通信的，详细请看我的ROS通信那篇文章。

$ rosnode list
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这个命令是用来查看当前启动的节点

$ rosnode info /节点名
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这个命令当然是用来看节点一些服务、配置等

$ rosrun turtlesim turtlesim_node __name:=my_turtle
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ROS中节点是不能重名的，原因是显而易见的，上面是自定义节点名的方法

$ rosnode ping 节点名
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这个用来测试节点的通信情况，当然和操作系统的差不多

话题

$ roscore
$ rosrun turtlesim turtlesim_node
$ rosrun turtlesim turtle_teleop_key
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上面就启动了可以用键盘控制的小海龟

$ rosrun rqt_graph rqt_graph 
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此时启动ros的一个节点图展示窗口，就可以看到他们之间的关系

$ rostopic -h
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上面命令用来查看话题命令的帮助，当然基本上所有你不懂的命令，都可以用这个-h，包括linux中的，这是一个通用做法。

$ rostopic list
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可以查看当前运行的话题，我们可以知道，通常用于移动通信的话题是/cmd_vel，如果启动了小海龟，就可以看到

rostopic echo /turtle1/cmd_vel
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这是一个等待的程序，当话题有信息的时候，就会输出，例如

linear: 
  x: 2.0  #x方向前进2
  y: 0.0
  z: 0.0
angular: 
  x: 0.0
  y: 0.0
  z: 0.0
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当然此时我们在计算图即rqt_grah中就可以看到有，话题被新的节点订阅

$ rostopic list -v
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为了查看更详细的信息使用上面的命令，当然还有其他命令，-h自行查看，输出大概是下面的样子

Published topics:
 * /turtle1/color_sensor [turtlesim/Color] 2 publishers
 * /turtle1/cmd_vel [geometry_msgs/Twist] 1 publisher
 * /rosout [rosgraph_msgs/Log] 4 publishers
 * /rosout_agg [rosgraph_msgs/Log] 1 publisher
 * /turtle1/pose [turtlesim/Pose] 2 publishers

Subscribed topics:
 * /turtle1/cmd_vel [geometry_msgs/Twist] 3 subscribers
 * /rosout [rosgraph_msgs/Log] 1 subscriber
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消息

刚才看到了话题通信，那么这些通信的到底是什么呢？是一种数据结构，具体的类型可以查看。

$ rostopic type /turtle1/cmd_vel
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上面查看节点的类型信息，但是还不是很详细

$ rosmsg show geometry_msgs/Twist
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这样我们就可以看到具体的数据类型的定义，海龟移动的类型是这样的：

geometry_msgs/Vector3 linear
  float64 x
  float64 y
  float64 z
geometry_msgs/Vector3 angular
  float64 x
  float64 y
  float64 z
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我们知道了类型和结构，就可以用ros中的命令来控制海龟移动，而不是用键盘。

$ rostopic pub -1 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist -- '[2.0, 0.0, 0.0]' '[0.0, 0.0, 1.8]'
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这样我们就可以看到海龟在移动，原理就是利用了消息通信

但是我们还是要分析一下参数

rostopic pub  # 发布命令
-1  # 发几条，-1为只发一条
/turtle1/cmd_vel  # 要发布的话题名
geometry_msgs/Twist   # 选用的消息类型
--  # 告诉解析器之后的不是命令
'[2.0, 0.0, 0.0]' '[0.0, 0.0, 1.8]'  # 发送的内容，是YAML语言
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yaml是一种用来表式数据结构的标记语言

但是上面的命令只能让它动一次，要想连续移动需要给更多参数

$ rostopic pub /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist -r 1 -- '[2.0, 0.0, 0.0]' '[0.0, 0.0, -1.8]'
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此时在rqt_graph中，我们可以看到有新的节点传给/turtlesim这个节点数据,而且我们还可以查看这种位置的变化

$ rostopic echo /turtle1/pose
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这个是获取了/turtlesim的pose话题不断输出位置

$ rostopic hz /turtle1/pose
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先查看一下，当前话题报告的速率，一般大约是60hz

$ rostopic type /turtle1/cmd_vel | rosmsg show
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当然Linux的管道一样可以在ros的命令中使用，ros和Linux结合的非常好的

$ rosrun rqt_plot rqt_plot
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此时，我们想分析一下当前的运动轨迹，则可以使用上面的命令，输出的是一个不断更新的pose状态波动图，用来分析机器人的轨迹

服务

服务（Services）是节点之间通讯的另一种方式。服务允许节点发送一个请求（request）并获得一个响应（response）

$ rosservice -h
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新命令的第一课，

$ rosservice list
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先查看一下所有的服务，选一个感兴趣的我们深入研究一下，比如clear

$ rosservice type /clear
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返回的是 std_srvs/Empty，表示该服务不需要参数，我们可以直接使用，那我们就试试

$ rosservice call /clear
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此时你会发现小海龟的轨迹没了，我们再来看看其他服务比如spawn

$ rosservice type /spawn | rossrv show
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返回的是数据结构，我们根据数据结构可以定义命令，来创建新的海龟这是这个方法的意思

$ rosservice call /spawn 2 2 0.2 "myturtle"
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参数

又来了新命令，根据标题我们就知道命令是干嘛用的，传递参数

$ rosparam -h
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当然我们同样可以用list看一下有哪些参数

$ rosparam list
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通过参数，可以知道我们能够改变的内容，比如改变颜色

$ rosparam set /turtlesim/background_r 150
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这样我们就改变了参数，但是这样并不会导致界面变化，需要刷新一下

$ rosservice call /clear
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当然我们可以set就可以get，同样的方法即可获取对应参数的具体值

$ rosparam get /turtlesim/background_g 
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这样我们想想是不是有这样一个服务器，管理着所有的参数，确实是有的,这样我们就可以查看参数

$ rosparam get /
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得到了参数后，我们可以用命令存储和载入

$ rosparam dump params.yaml #写入文件
$ rosparam load params.yaml copy_turtle
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载入的时候，需要指定命名空间，我们新建了一个命名空间copy_turtle，这样我们就可以获取其中的值了。

日志

rqt_console连接到了ROS的日志框架，以显示节点的输出信息。

$ rosrun rqt_console rqt_console
$ rosrun rqt_logger_level rqt_logger_level
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执行上面的命令，启动了两个日志控制窗口，用于管理日志，就是记录当前的变化，状态、报错之类的。

当然还有记录了日志的级别

Fatal （致命）
Error （错误）
Warn  （警告）
Info  （信息）
Debug （调试）
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launch文件

这里我们要详细的了解一下，launch文件具体发挥的作用和使用方法

这里首先要创建一个自己的工作空间，然后到其目录下，如果不会创建，还是去看ROS编程那个文章

roscd 自己的功能空间名
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然后创建一个launch目录

$ mkdir launch
$ cd launch
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launch文件并不是必须写道launch文件夹中，只是通用做法，系统会自动查找

touch turtlemimic.launch 
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这样我们就可以创建一个launch文件，文件的内容先放置如下

<launch>
  <group ns="turtlesim1">
    <node pkg="turtlesim" name="sim" type="turtlesim_node"/>
  </group>

  <group ns="turtlesim2">
    <node pkg="turtlesim" name="sim" type="turtlesim_node"/>
  </group>

  <node pkg="turtlesim" name="mimic" type="mimic">
    <remap from="input" to="turtlesim1/turtle1"/>
    <remap from="output" to="turtlesim2/turtle1"/>
  </node>

</launch>
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我们要仔细来看一下这个launch文件的内容的具体含义

<launch> 表示是lacunch文件
  <group ns="turtlesim1"> 创建分组1，ns表示通过命名空间区分，命名为turtlesim1
    <node pkg="turtlesim" name="sim" type="turtlesim_node"/>
  </group>
  <group ns="turtlesim2"> 创建分组2，ns表示通过命名空间区分，命名为turtlesim2
    <node pkg="turtlesim" name="sim" type="turtlesim_node"/>
  </group>
   都有相同的名为sim的turtlesim节点。这样可以让我们同时启动两个turtlesim模拟器，而不会产生命名冲突。
  <node pkg="turtlesim" name="mimic" type="mimic"> 
    启动模仿节点，话题的输入和输出分别重命名为turtlesim1和turtlesim2，这样就可以让turtlesim2模仿turtlesim1了。
    <remap from="input" to="turtlesim1/turtle1"/>
    <remap from="output" to="turtlesim2/turtle1"/>
  </node>
</launch>
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接下来就要尝试去启动

$ roslaunch 项目名 文件名.launch
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如果是在工作空间中直接创建的，则可以直接使用

$ roslaunch 文件名.launch
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在启动的新终端中

$ rostopic pub /turtlesim1/turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist -r 1 -- '[2.0, 0.0, 0.0]' '[0.0, 0.0, -1.8]'
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当前就实现了一个模仿的模型，也可以使用rqt_graph来看到计算图

编辑文件

rosed 包名 文件名
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相当于快速打开该文件的vim，因此需要vim支持，安装即可

通过在输入指令时，通过按tab键获取更多内容选择

创建ROS消息服务

msg（消息）

msg文件就是文本文件，用于描述ROS消息的字段。它们用于为不同编程语言编写的消息生成源代码。

存放在msg文件夹下

msg文件就是简单的文本文件，每行都有一个字段类型和字段名称。可以使用的类型为：

• 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]

ROS中还有一个特殊的数据类型：Header，它含有时间戳和ROS中广泛使用的坐标帧信息。在msg文件的第一行经常可以看到Header header。

下面是一个msg文件的样例，它使用了Header，string，和其他另外两个消息的类型：

Header header
string child_frame_id
geometry_msgs/PoseWithCovariance pose
geometry_msgs/TwistWithCovariance twist
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在软件包中定义新的消息，在软件包中创建msg目录,执行

$ roscd 你的软件包
$ mkdir msg
$ echo "int64 num" > msg/Num.msg
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此时创建了一个简单的msg文件，但是需要被编译转换，则需要在package.xml中添加

<build_depend>message_generation</build_depend>
<exec_depend>message_runtime</exec_depend>
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srv（服务）

一个srv文件描述一个服务。它由两部分组成：请求（request）和响应（response）。

简单理解，srv和msg就是数据结构，用于不同的场景，方便信息交互

srv常见的文件样例， — 号之前是请求，Sum是响应：

int64 A
int64 B
---
int64 Sum

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… 开始的部分已经很详细了，接下来还是需要跟着wiki继续完成，去练习，只要要点我才会记录。

http://wiki.ros.org/cn/ROS/Tutorials/CreatingMsgAndSrv