教程 Re:Zero ROS （三） —— 新建工程、订阅发布话题

 **前情提要：已经在“Ubuntu 20.04/16.04”上做好了准备 **

《教程 Re:Zero ROS （二） —— 准备工作，安装基础工具》
https://blog.csdn.net/Lovely_him/article/details/107736746

教程 Re:Zero ROS （三）

—— 新建工程、订阅发布话题

1. 建立ROS工程概念

• 这里推荐由中科院推出的入门教程视频，视频原本是慕课上的限时观看课程，好心人转载到小破站了。讲师口齿清晰逻辑明了，课程内容通俗易懂，还会善用ppt搭配讲解。极力推荐，以下是课程的传送门相关链接。

视频：中科院软件所-机器人操作系统入门（ROS入门教程）
链接：https://www.bilibili.com/video/BV1mJ411R7Ni
慕课：机器人操作系统入门
链接：https://www.icourse163.org/course/ISCAS-1002580008
代码：ROS-Academy-for-Beginners（github社区）
链接：https://github.com/DroidAITech/ROS-Academy-for-Beginners
讲义：《机器人操作系统入门（一）ROS简介》
链接：https://www.cnblogs.com/hg-love-dfc/p/10333202.html
维基：ROS WIKI
链接：http://wiki.ros.org/

• 1.“前言”和“第一课”都是科普ROS概念；
• 2.“第二课：工程结构”是重中之重的概念，不过后面运用多了自然就记住了；
• 3.“第三/四课：通信架构”也是ROS的核心思想（我认为），ros基本上就是围绕通信展开的；
• 4.“第五课”是介绍软件工具，快速了解即可；
• 5.“第六/七/八课”就是实践，讲解如何编写不同用途可执行文件（.cpp或.py文件）；
• 6.“第九/十课”则是教你如何调用、配置前人已经写好的库，“窥探”ros的强大之处。

• 我个人建议，先看完前八节课的内容，有个大概印象和了解。因为前八课的内容是相通的。边看边适当记笔记，这部分算是纯理论，不需要配合上机操作。

2.善用[wiki.ros.org]

• 现在，我假设你已经花了几天时间把上一点的要求达到了，接下来就开始实践。从实践中学习最快乐（了），我自始至终如此认为道。 实战前先强调一下**<wiki.ros.org>**的重要性。

维基：ROS WIKI
链接：http://wiki.ros.org/

• 在网址尾加上/cn，便进入中文版wiki页面，不过wiki的中文只有一少部分。每次你都可以尝试性试试这个wiki有没有中文版wiki的性质是众人一起维护的，希望ros的wiki汉化能越来越多，起码是教程的部分。
• 进入中文版后，点击“教程”，你可以看到，wiki已经有非常详细的初级教程了。如果你百度查ros初级教程的东西，你会发现其实很多都是搬wiki的东西。那为什么不自己直接看wiki呢。我接下要讲述的内容其实也差不多是在wiki学的和复制的。不过是加了自己的理解，进行了缩减与重排。
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3.新建ROS工作空间

Creating a workspace for catkin
http://wiki.ros.org/catkin/Tutorials/create_a_workspace

• 1）新建文件夹，并跳转进去。命名随意。（多用命令后，都不想右键新建和左键打开了）

mkdir -p ~/him_ws/src

cd ~/him_ws/

《ubuntu——mkdir命令详解》
https://blog.csdn.net/qq_29272753/article/details/91402036

• 2）编译工程。工程下要src才被认为是ros工程，且编译时需定位在工程主目录下。

catkin_make

• 3)编译成功后效果如下，编译生成了“build”和“devel”文件夹，与“src”文件夹下“CMakeLists.txt”。
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tree 命令
https://blog.csdn.net/fragrant_no1/article/details/85986511

• 4）添加环境变量，也可以手动打开~/.bashrc文件进行添加。

echo "source ~/<工作空间的命名>/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc

echo "source ~/him_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc

• 5）刷新环境变量，使配置在当前窗口中立即生效

source ~/.bashrc

4.新建pack软件包

Creating a ROS Package
http://wiki.ros.org/catkin/Tutorials/CreatingPackage

• 1）cd跳转至工程路径下单src文件夹内，使用指令新建pack软件包

catkin_create_pkg himpack_name std_msgs rospy roscpp

catkin_create_pkg <package_name> [depend1] [depend2] [depend3]

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• 2）cd切换回主目录下编译工程

cd ~/catkin_ws

catkin_make

• 3）编译成功后可发现him_ws/src/himpack_name目录下多了4文件，根据“中科院教学视频”，可知其分别的作用。include和src是放c++的.h和.cpp文件。我使用Python编程，用不到，所以删了。因为Python配置过程简单，编写也简单，所以我建议如果学过Python的话，可先用Python入门ROS。
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5.使用IDE打开工程

• 1）其实就是使用“VS Code”打开文件夹him_ws而已。我删掉了include和src，新建了scrips存放Python的.py文件。
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• 2）之后我们改代码在IDE里改，编译的话还是打开终端使用catkin_make指令。如果是“RoboWare”，在左上角会有个编译按钮，也可以编译。不过速度会稍微慢一点，因为它还要加载IDE内的指令。
• 这里推荐的是使用之前安装的“Guake Terminal”终端工具，每次需要编译就按快捷键下拉终端，然后按下方向键“向上”和回车，就可以快速编译了。（这是我个人的习惯，我分享一下）
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6.导入pack软件包

• 1）把“中科院教学视频”的软件包例程加载到新建的工程里。
• “中科院教学视频”的配套例程是基于Ubuntu16.04编写的，在Ubuntu20.04下不能缺少相关软件包，即使使用rosdep安装相关依赖也失败了，只能将部分依赖包的源代码下载到工程内编译，都是这依然不行。最后还是有几个软件包找不到源代码和安装包，我只得放弃在Ubuntu20.04上运行这套例程了。

代码：ROS-Academy-for-Beginners（github社区）
链接：https://github.com/DroidAITech/ROS-Academy-for-Beginners

• 1）虽然不能编译运行中科院的例程，都是还是可以使用IDE查看例程里代码的编写方法。所以影响不大，这里先采用另一套程序，尝试将它安装到你都工作空间内。

代码：lovely-him/him_ws
链接：https://github.com/lovely-him/him_ws

• 2）跳转到工作空间的src，使用指令下载源代码，上一篇教了“github”下载的方法，忘记的回去补一下。

cd ~/him_ws/src

git clone https://github.com/lovely-him/him_ws

• 3）跳转回工作空间主目录，安装所需依赖(注意填写的ros版本名对不对)，编译程序，刷新环境 (假设你已经在~/.bashrc内添加了环境变量）。

cd ~/him_ws

rosdep install --from-paths src --ignore-src --rosdistro=noetic -y

catkin_make

source ~/.bashrc

• 4）防止有人太新手，说明一下，刚刚说的指令都是在终端输入的。部分IDE内也自带终端窗口，可以在IDE内输入指令。不过在IDE内打开有点慢，还是直接用终端工具更好。同时你可以看到IDE实时刷新了文件夹src里的内容，看到了刚下载的软件包。（因为例程不能用下载后就“剪切”到其他目录，不然编译不通过。
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7.编写topic话题

• 终于要开始编写第一个程序了。假设你之前已经看过中科院的教程了，已经知道了topic的概念和编写方式，那现在就来实践一下。

《写一个简单的消息发布器和订阅器 (Python)》
http://wiki.ros.org/cn/ROS/Tutorials/WritingPublisherSubscriber%28python%29

• 1）在之前创建的himpack_him软件包下的scripts创建一个Python的.py文件。可以使用指令也可以在“VS Code”内快捷创建。
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cd ~/him_ws/scripts
gedit output_control.py

《Ubuntu下如何创建文本文件》
https://blog.csdn.net/zhuiyunzhugang/article/details/86349566

• 2）创建后需要给权限，使其为可执行文件，不然之后会报错。使用ls命令查看当前文件夹下单文件，可以看到可执行文件的名字为绿色（如果你没改终端配色的话），如果是白色则表示还没改权限。

chmod +x output_control.py

《Linux常用命令：chmod修改文件权限 777和754》
https://blog.csdn.net/pythonw/article/details/80263428

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• 3）然后打开.py文件，将下列代码复制到你都文件中。

#!/usr/bin/env python
#-*-coding:utf-8-*-

# 加载ros的Python基础包
import rospy
# 加载topic话题 的 msg消息
from std_msgs.msg import Float64
from geometry_msgs.msg import Twist

class main_class:
    # 初始化函数
    def __init__(self):
        # 创建node节点 —— 电机控制
        rospy.init_node('motor_control', anonymous=True)
        # 订阅topic话题 —— 电机pwm输出
        rospy.Subscriber("motor_output", Twist, self.callback)
        # 发布topic话题 —— 线速度输出
        self.pub_linear = rospy.Publisher('linear_output', Float64, queue_size=10)
        # 发布topic话题 —— 角速度输出
        self.pub_angular = rospy.Publisher('angular_output', Float64, queue_size=10)
        # 阻塞等待
        rospy.spin()
    # 回调函数
    def callback(self,data):
        # 创建 msg 消息, 注意:ros的float64是一个结构体
        angle = Float64()
        speed = Float64()
        # 提取 线速度 与 角速度
        speed.data = ((data.linear.x) * 8)
        angle.data = ((data.angular.z) * 1)
        # 向topic话题 发送 msg消息
        self.pub_linear.publish(speed.data)
        self.pub_angular.publish(angle.data)

if __name__ == '__main__':
    try:
        main_class()
    except rospy.ROSInterruptException:
        pass

• 4）假设你已经看过中科院的教程了，那要讲的就只有几点了：

#!/usr/bin/env python
#-*-coding:utf-8-*-

• 这段看似注释的东西一定要加在.py文件开头，第一行是“每个Python ROS节点在顶部都有这个声明。第一行确保您的脚本作为Python脚本执行。”；第二行是“声明文件编码的注释”。少第一行则不能执行，少第二行则不能输入中文。在ros工程中还有些文件是完全不支持中文的，只要有就编译失败。 -

《python文件开头两行#!/usr/bin/python和# -- coding:utf-8 --解释以及Pycharm自动创建py文件头部信息》
https://blog.csdn.net/qq_36512295/article/details/89057856

• try - except组合是Python的语法。就算不写问题也不大，只是会在运行ros时报错，但一般不影响使用 ，要严谨规范一点较好。

《try-except异常处理》
https://blog.csdn.net/m0_37701037/article/details/82709456

• 5）因为只是写了单个文件，所以可以不用catkin_make整个工程。检查.py文件无误后运行,py文件。可使用指令运行，也可以在“VS Code”内右键点击运行。若无任何报错与提示，则表示运行正常。
• 运行ros程序前需要先打开ros,运行以下指令，再打开.py。

roscore

python3 ~/him_ws/src/himpack_name/scripts/output_control.py

8.测试topic话题

《理解ROS话题》
http://wiki.ros.org/cn/ROS/Tutorials/UnderstandingTopics

• 0）经过教程的学习rqt工具与ros指令，我们现在实践一下，先运行好output_control.py
• 1）查看现在开了多少个node节点

rosnode list

• /rosout节点是随着ros一起一直开着的；/motor_control就是刚刚运行的py文件建立的节点。单独开启ros节点的节点名会有一段后缀，是为了防止节点重名。如果是在工程里启动的节点说不会强行加后缀的，工程会在编译的时候就提醒你节点名重复了。
• 
• 3）查看现在开了多少个topic话题

rostopic list

• 根据我们编写的程序，话题/angular_output和/linear_output由/motor_control节点发布；话题/motor_output被订阅。这里也确实显示了这3个话题。
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• 4）使用rqt_graph查看节点图

rqt_graph 

• 如果显示的内容和下图不一样，把上栏Nodes/Topic(all)选中，还有下栏除Debug外的勾都取消。这个图就更加清晰明了反应了/motor_control节点的功能了，订阅其他节点发布的/motor_output（电机输出）消息，发布给车模的/angular_output（角速度）与/linear_output（线速度）消息。当然，我现在还没写其他模块的发布节点和车模的接收节点。
• 

《linux下清屏的几种技巧》
https://blog.csdn.net/u013091013/article/details/83509906

• 5）向/motor_output话题发布msg消息，订阅/angular_output和/linear_output的msg消息，观察变化。

python3 ~/him_ws/src/himpack_name/scripts/output_control.py
rostopic pub /motor_output geometry_msgs/Twist -r 1 -- [1.0,2.0,3.0] [4.0,5.0,6.0]
rostopic echo /angular_output
rostopic echo /linear_output

• 善用“Terminator”，真的越用越顺手。将终端分块，然后直观的对比输出。因为一个程序进程就要占用一个终端，这样分屏才能管理快速有效管理多个终端。 上端窗口用于执行运行.py文件；左端用于循环发布msg信息给/motor_output话题；右端两个窗口用于订阅/angular_output和/linear_output的msg消息。可修改motor_control.py的参数，看看输出结果有何变化.
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• 6）再次执行上一步，这次打开rqt_plot工具查看波形图。

rqt_plot

• 每次发送一次，横轴就增加1个定位，并整体往左移，最后把这次的数据大小点在纵坐标上。连续如此显示波形图像。
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9.练习&结尾

• 1）学会怎么编写topic话题程序后，应该再自己多实践一下，我的例程只提到了topic的发送与于接收函数的使用。这是最基础简单的内容，ros库内还有很多其他可以调用的相关函数。希望能自行去调用试试，练习一下。

Topics
http://wiki.ros.org/Topics

• 2）之后我们用到的小车内的motor_control.py不止发布两个topic话题，是共发送6个：4个前后轮的转速，2个前轮摆动的角度。学到这里已经实现了。如果之前学过智能小车的控制，还可以给线速度和角速度加个限幅与滤波，还有差数转弯。完成这点后再看下一个教程吧。
• 3）下一篇将大概浏览tf、urdf、services、param的内容，主要讲述launch、move_base等软件包的内容。

《教程 Re:Zero ROS （四）—— 略讲:Service/msg/srv/tf/urdf/launch/param》
https://blog.csdn.net/Lovely_him/article/details/107778767