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ROS2入门到精通—— 1-2 ROS2常用工具

作者：煮酒与君饮 | 2024-08-18 23:40:12

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在 ROS2 中，需要频繁的使用到终端，且可能需要同时开启多个窗口，推荐一款较为好用的终端:Terminator
安装命令：sudo apt install terminator
在这里插入图片描述

1 launch

启动一个机器人系统时往往需要启动多个节点，同时根据应用场景和机器人的不同，每个节点还会有不同的配置项

launch文件允许我们同时启动和配置多个包含 ROS2 节点的可执行文件
在ROS2可以使用python代码编写launch文件
ROS2的launch文件有三种格式，python、xml、yaml
官方推荐以python方式编写launch文件

下面我将由简到烦逐步教大家写出一个可以用于运行复杂的ROS2系统的launch file

1.1 编写个简单的launch file

mkdir -p ros2_ws/src
cd ros2_ws/src
ros2 pkg create --build-type ament_cmake my_launch
cd my_launch
mkdir launch
cd launch
touch test.launch.py # 主流方式命名为xxx.launch.py或者xxx_launch.py
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可以用任何你喜欢的文本编辑器来打开编辑launch file

在test.launch.py中加入以下代码：

from launch import LaunchDescription
from launch_ros.actions import Node
# 启动描述
def generate_launch_description():
    return LaunchDescription([
        # 启动node
        Node(
            package='turtlesim',
            executable='turtlesim_node',
            name='sim1'
        ),
        # 启动node
        Node(
            package='turtlesim',
            executable='turtlesim_node',
            name='sim2'
        )
    ])
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Node中一般需要3个属性，package、executable和name，package为包的名称，executable为包内的可执行文件名，name为节点运行时的节点名。
可能还会用到：

namespace: 命名空间。使节点名称前增加命名空间前缀，命名空间不同使系统允许两个相同节点名和主题名不冲突。如果没有唯一的命名空间，当topic消息相同时就无法区分是哪个节点的。
respawn: 复位。设为‘true’时，节点停止时自动重启。默认为‘false’
output: 输出。设为‘screen’时，将节点的输出打印到中终端屏幕。
arguments: 节点需要输入的参数。
remappings: 重映射，将默认节点属性（如节点名称、主题名称、服务名称等），重映射为其它名称。

1.2 运行launch file

一般对包进行编译后调用，在package.xml中添加依赖：

<exec_depend>ros2launch</exec_depend>
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在CMakeListe.txt中添加：

# Install launch files.
install(DIRECTORY
  launch
  DESTINATION share/${PROJECT_NAME}/
)
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# 回到ros2_ws
colcon build
source install/setup.bash
ros2 launch my_launch test.launch.py
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运行结果：
在这里插入图片描述打开键盘控制节点，发现小乌龟在两个终端一模一样地移动

如果要区分两个海龟模拟器的话，就得加入命名空间(namespace)属性，将launch file代码改为：
命名空间

from launch import LaunchDescription
from launch_ros.actions import Node

def generate_launch_description():
    return LaunchDescription([
        Node(
            package='turtlesim',
            namespace='turtlesim1',
            executable='turtlesim_node',
            name='sim1'
        ),
        Node(
            package='turtlesim',
            namespace='turtlesim2',
            executable='turtlesim_node',
            name='sim2'
        )
    ])
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重映射
增加了命名空间后我们再次运行turtle_teleop_key，操作一下方向按键，发现海龟动不了了。
虽然话题类型都是geometry_msgs/msg/Twist，但 turtle_teleop_key发布的话题是/turtle1/cmd_vel，而两个turtlesim节点订阅的话题是有带命名空间前缀的，所以并不能兼容

这时候使用重映射，给话题重映射个名字，比如把/turtlesim1/turtle1/cmd_vel重映射为/turtle1/cmd_vel，改一下launch file:

from launch import LaunchDescription
from launch_ros.actions import Node

def generate_launch_description():
    return LaunchDescription([
        Node(
            package='turtlesim',
            namespace='turtlesim1',
            executable='turtlesim_node',
            name='sim1',
            remappings=[
	      		('/turtlesim1/turtle1/cmd_vel', '/turtle1/cmd_vel'),
	    	]
        ),
        Node(
            package='turtlesim',
            namespace='turtlesim2',
            executable='turtlesim_node',
            name='sim2'
        )
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在launch file里调用shell命令
launch file提供了可以在文件里直接调用命令的功能

from launch import LaunchDescription
from launch_ros.actions import Node
from launch.actions import ExecuteProcess

def generate_launch_description():
    return LaunchDescription([
        Node(
            package='turtlesim',
            namespace='turtlesim1',
            executable='turtlesim_node',
            name='sim1',
            remappings=[
	      ('/turtlesim1/turtle1/cmd_vel', '/turtle1/cmd_vel'),
	    ]
        ),
        Node(
            package='turtlesim',
            namespace='turtlesim2',
            executable='turtlesim_node',
            name='sim2'
        ),
        # 在launch file里调用shell命令
        ExecuteProcess(
            cmd=[[
                'ros2 param set ',
                '/turtlesim1/sim1 ',
                'background_b ',
                '0'
            ]],
            shell=True
        )
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首先需要import一个模块：

from launch.actions import ExecuteProcess
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给launch file增加接收参数配置的功能
为了使启动更灵活，比如我们想在启动时改变某个参数，而无需每次去修改launch file，就可以使用参数配置的功能
一般需要用到两个模块:launch.substitutions.LaunchConfiguration和launch.actions.DeclareLaunchArgument
LaunchConfiguration用来增加一个启动文件的传递参数，而DeclareLaunchArgument用于定义可以从上述启动文件或控制台传递的启动参数

from launch import LaunchDescription
from launch_ros.actions import Node
from launch.substitutions import LaunchConfiguration
from launch.actions import ExecuteProcess, DeclareLaunchArgument

def generate_launch_description():
    background_blue_arg = LaunchConfiguration('background_blue_arg')
    background_blue_launch_arg = DeclareLaunchArgument(
        'background_blue_arg',
        default_value='255',
        description='Configure the blue value of turtlesim1 background color.'
    )
    return LaunchDescription([
        background_blue_launch_arg,
        Node(
            package='turtlesim',
            namespace='turtlesim1',
            executable='turtlesim_node',
            name='sim1',
            remappings=[
                ('/turtlesim1/turtle1/cmd_vel', '/turtle1/cmd_vel'),
            ]
        ),
        Node(
            package='turtlesim',
            namespace='turtlesim2',
            executable='turtlesim_node',
            name='sim2'
        ),
        ExecuteProcess(
            cmd=[[
                'ros2 param set ',
                '/turtlesim1/sim1 ',
                'background_b ',
                background_blue_arg
            ]],
            shell=True
        )
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定义了background_blue_arg，默认值为255
可以用以下命令来查看launch file提供了哪些参数及其默认值：

ros2 launch my_launch test.launch.py --show-args
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现在可以将所需的参数传递给启动文件，例如调用以下命令将背景色蓝色值设置为180：

ros2 launch my_launch test.launch.py background_blue_arg:=180
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嵌套复用功能IncludeLaunchDescription
launch系统为我们提供给了嵌套复用的功能，直接可以launch file中包含其它launch file，这就使得launch file更灵活，更方便。
另外编写一个launch文件，简单命名为test1.launch.py，复用上面的launch文件

import os

from ament_index_python.packages import get_package_share_directory

from launch import LaunchDescription
from launch.actions import ExecuteProcess, IncludeLaunchDescription
from launch.launch_description_sources import PythonLaunchDescriptionSource

def generate_launch_description():
    two_turtle_sim = IncludeLaunchDescription(
        PythonLaunchDescriptionSource([os.path.join(
            get_package_share_directory('my_launch'), 'launch'),
            '/test.launch.py']),
        launch_arguments={'background_blue_arg': '180'}.items()
    )
    cmd_execute = ExecuteProcess(
        cmd=[[
            'ros2 topic pub -r 1 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 2.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z: -1.8}}"'
        ]],
        shell=True
    )

    return LaunchDescription([
        two_turtle_sim,
        cmd_execute
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描述了为大型项目编写启动文件的一些技巧。重点是如何构建启动文件，以便在不同情况下尽可能多地重用它们。可以看到ROS2使用python实现的launch非常实用且灵活。

2 ros2 bag 录包常用命令

记录话题的数据

实车调试有时不可避免遇到一些问题，有时候需要录包来确定是定位odom的问题，还是雷达数据其它问题
这个工具在我们做一个真实机器人的时候非常有用，比如我们可以录制一段机器人发生问题的话题数据，录制完成后可以多次发布出来进行测试和实验，也可以将话题数据分享给别人用于验证算法等

ros2 bag record /topic_name # 记录topic_name话题的数据
ros2 bag record /topic_name1 /topic_name2 # 记录多个话题的数据
ros2 bag record -a # 记录所有话题
ros2 bag record -o file-name topic-name # -o name 自定义输出文件的名字
ros2 bag play xxx.db3 # 播放话题数据
ros2 bag play rosbag2_2021_10_03-15_31_41_0.db3 -r 10 # 十倍速播放话题
ros2 bag play rosbag2_2021_10_03-15_31_41_0.db3  -l # 循环播放
ros2 bag play rosbag2_2021_10_03-15_31_41_0.db3 --topics /chatter # 播放单个话题
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3 RQT工具

RQT是一个GUI框架，通过插件的方式实现了各种各样的界面工具
安装：sudo apt install ros-humble-rqt
启动：rqt

3.1 rqt_tf_tree

安装rqt_tf_tree

sudo apt install ros-humble-rqt-tf-tree
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安装完成后报错：

qt_gui_main() found no plugin matching "rqt_tf_tree.tf_tree.RosTfTree"
try passing the option "--force-discover"
[ros2run]: Process exited with failure 1
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输入：rm ~/.config/ros.org/rqt_gui.ini

安装完成后，再次打开rqt工具，Plugins->Visualization->TF Tree
在这里插入图片描述利用rqt查看tf树