之前已经接触过一些ROS的使用，但是还没有系统地学习过，因此在此记录一下学习的笔记。学习ROS首先必须参考ROS wiki及ROS Answers，另外国内“古月居”的博客和“东方赤龙”的博客都可以参考学习，古月居的书《ROS机器人开发实践》也不错，可以用来系统的学习。不过，需知道ROS本身只是一个方便大家开发的工具罢了。

1. 初识ROS

分布式网络，TCP/IP，模块间松耦合连接

三种通信机制：
1.基于发布/订阅topic通信（异步）

talker注册
listener注册
ROS master进行信息匹配
listener发送连接请求
talker确认连接请求
listener尝试与talker建立网络连接
talker向listener发布数据

注意，节点建立连接后，可以关掉ROS master，节点间数据传输不受影响，但其他节点也无法加入这两个节点间的网络。

2.基于客户端/服务器service通信（同步）

带有应答，减少了listener与talker间的RPC通信。底层协议和topic通信一样，用的都是ROSTCP/ROSUDP。
只允许一个节点提供指定命名的服务（一对多），实时性比topic强。

3.基于远程过程调用（RPC）的参数服务器

不涉及TCP/UDP通信。
参数类似ROS中的全局变量，包含key和value，由ROS master进行管理。
需注意有时需要动态参数配置来通知listener参数已被更新。

topic通信适用于不断更新、含较少逻辑处理的数据通信；service通信适用于数据量较少但有逻辑处理的数据交换。

2. ROS架构

分为三层：

OS层。基于linux
中间层。提供通信机制及一些库
应用层。各功能包内模块以节点为单位

3. ROS基础

3.1 创建工作空间和功能包

mkdir -p ~/catkin_ws/src 

# 在工作空间根目录编译，编译后自动出现build和devel文件夹及几个脚本文件，用于设置环境变量等
cd ~/catkin_ws/
catkin_make

# 运行脚本文件使其生效
source devel/setup.bash

#　查看环境变量是否生效
echo $ROS_PACKAGE_PATH 

# 如果没添加上使用sudo gedit ~/.bashrc打开文件手动添加。或者在终端使用下面命令直接添加。
# 这种方式对所有终端都有效，而source只对当前终端有效！
echo "source ~/catkin_ws/devel/setup.bash">> ~/.bashrc 
source ~/.bashrc

# 进入代码空间，创建自己的功能包。一般都会依赖roscpp，rospy，std_msgs这几个功能包
# 不过也可以不用现在添加，后续用到具体的依赖时，再在CMakeLists中直接加上即可。
# 你也可以直接去github下载别人写好的功能包，就不用自己创建啦。
# 创建完成后，代码空间src中会生产一个叫my_package的功能包，其中已经包含package.xml和CMakeLists.txt文件。
# 在后续写代码时，就可以把源码放进功能包src文件夹中，然后写相应的CMakeLists.txt就可以了。具体见下面CLion教程。
cd ~/catkin_ws/src
catkin_create_pkg my_package roscpp rospy std_msgs

3.2 工作空间的覆盖

# ROS中为解决同名功能包问题，存在覆盖机制。即$ROS_PACKAGE_PATH中记录的环境变量，最前面覆盖最后面的。
# 创建多个同名功能包时，需要注意这点！
# rospack 查找功能包所放置的工作空间
rospack find roscpp

3.3 使用IDE运行及调试ROS程序

这个是非常重要的一点！否则后面不管是自己写ros程序还是用别人开源的程序，调试起来会很麻烦。
ROS支持许多IDE开发，具体可以看wiki上的介绍。CLion是一个个人觉得非常好用的跨平台c++IDE。搭建CLion开发环境后可以利用CLion运行和调试ros程序，十分方便，具体见CLion官方教程
其中需要注意的是，每次必须从终端利用bash打开CLion；或者要改一个桌面快捷方式文件，使其每次通过bash启动，网上可以搜到解决方案。

另外，还可以配置下编译路径。CLion默认在cmake-build-debug或cmake-build-release文件夹保存编译文件。可以通过File|Settings(Ctrl+Alt+S)|Build, Execution, Deployment|CMake改一下:
1.Generation path改为/home/name/catkin_ws/build
2.CMake options加上 -DCATKIN_DEVEL_PREFIX:PATH=/home/name/catkin_ws/devel

3.4 创建Publisher和Subscriber

这也是一个非常重要的一点！因为做slam会经常用到订阅传感器发布的话题，然后获取各种传感器数据并在程序中处理后，生成位姿与地图，最终把结果按相应规定的数据格式发布出去。
基于C++写一个ROS程序，深入理解发布和订阅机制:
http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials/WritingPublisherSubscriber%28c%2B%2B%29

3.5 自定义话题消息

ROS的元功能包common_msgs提供了许多不同消息类型的功能包，如std_msgs、geometry_msgs、sensor_msgs等。当不能满足自己程序的需求时，可以在项目下新建msg文件夹，并将自定义的消息类型文件.msg放于其中。然后更改package.xml和CMakeLists.txt文件即可。

话题消息编译与编程语言无关。

3.6 创建Server和Client

类似可以自定义消息，你也可以将自定义服务数据.srv放置于新建的srv文件夹。
创建Server过程类似创建Subscriber，而创建Client类似创建Publisher。

3.7 分布式多机通信

非常常用，第五章会用到
需要配置IP地址和设置ROS_MASTER_URI

4. ROS中常用组件

4.1 launch启动文件

利用xml文件同时启动和配置多节点，避免了每次打开多个终端运行多个节点。
重要的节点属性包括name/pkg/type/args/output等，其中：

<name> 定义节点运行的名称，将覆盖节点中init()赋予节点的名称
<pkg> 定义节点所在功能包名称
<type> 定义节点可执行文件名
<args> 定义节点运行参数，可以有多个
<output> 若值为screen表示节点标准输出到终端屏幕，默认输出为日志文档

参数设置：

<param> 类似变量声明
<rosparam> 直接加载整个yaml文件
<arg> 类似launch文件内部的局部变量，仅限内部使用，与节点无关

这里需要注意一个小问题。比如我的程序需要1个输入参数（即argc=2），在使用launch文件后，程序参数个数变多了（即argc>2）。比如这是我的launch文件，可以看到我的程序需要1个输入参数：

<launch>
    <node
     name="rgbdslam" pkg="rgbdslam" type="run_vo" args="$(find rgbdslam)/config/default.yaml"
     output="screen"
        />
</launch>

但是，运行后程序的实际argv打印到屏幕如下，多了两个参数。不过这个小问题影响不大，了解即可：

/home/gjh/catkin_ws/src/rgbdslam/bin/run_vo
/home/gjh/catkin_ws/src/rgbdslam/config/default.yaml
__name:=rgbdslam
__log:=/home/gjh/.ros/log/e840c676-1bca-11e9-b271-000c290958e7/rgbdslam-2.log

重映射：类似c++别名机制，如：

<remap from="/turtlebot/cmd_vel" to="/cmd_vel" />

另外，也可以使用终端完成重映射，如之前运行lsd-slam时就使用过这种方法：

rosrun lsd_slam_core live_slam image:=/image_raw　camera_info:=/camera_info

嵌套复用。其中使用find命令查找当前包的路径，如：

<include file="$(find mypackage)/launch/other.launch">

在launch中直接启动master，参数还可以为restart或no：

<master auto="start"/>

4.2 TF坐标变换

# 一些TF工具
# 1.查看指定坐标系之间变换关系，即平移和旋转
rosrun tf tf_echo <source_frame> <target_frame>

# 2.显示TF树信息，并保存为pdf
rosrun tf view_frames

# 3.其他
tf_monitor
static_transform_publisher

通过创建TF广播器和TF监听器，实现乌龟跟随运动

4.3 Qt工具箱

日志输出工具　rqt_console
计算图可视化工具 rqt_graph
数据绘图工具　rqt_plot
参数动态配置工具　rqt_reconfigure

4.4 rviz可视化平台

配置好rviz后，可以在file|save config as保存.rviz文件。然后使用-d参数加载配置文件，从而可以避免每次重新配置：

rosrun rviz rviz -d <path>/rvizfile.rviz

# for example
rosrun rviz rviz -d `rospack find turtle_tf`/rviz/rvizfile.rviz

或者还可以把这一步写进launch文件中，更加方便！

4.5 rosbag数据记录与回放

# 查看bag文件信息，时长duration，是否压缩等
rosbag info <your bagfile>

# 解压缩
rosbag decompress <your bagfile>

5.机器人平台搭建

机器人组成：

执行机构。类似“手脚”
驱动机构。类似“肌肉和筋络”。驱动板：电源子系统、电机驱动子系统、传感器接口
传感系统。类似“感官”。内部传感器(里程计、陀螺仪)；外部传感器（摄像头、激光）
控制系统。类似“大脑”。处理器（使用树莓派/PC等）、算法，与ROS相关较大

基于树莓派控制系统

使用单处理器。直接使用PC+ROS，通过usb通信，但无法远程监控。
使用多处理器（推荐）。两台PC/PC+嵌入式，无线网络通信。

例子：利用PC控制MRobot移动，并配备传感器。
嵌入式完成本地运动控制及传感器数据采集，远端PC完成远程监控及复杂功能计算。

6.机器人建模与仿真

6.1 URDF统一机器人描述格式

<link> 机器人刚体部分外观和物理属性
<joint> 连接两个刚体link，6种类型
<robot> 最顶层标签，包含一系列link和joint
<gazebo> 不是必需，只在gazebo仿真时加入

6.2 创建机器人URDF模型

# 1.编写urdf
# 2.检查xml格式
check_urdf mrobot_chasssis.urdf
# 3.生成模型的整体结构图
urdf_to_graphiz mrobot_chasssis.urdf
# 4.rviz中可视化

6.３ xacro优化urdf

原始urdf冗长重复，xacro进行改进。
可以使用常量定义、调用数学公式、使用宏定义（类似函数）以达到精简目的。

6.4 添加传感器模型

6.5　Gazebo仿真

rosrun gazebo_ros gazebo

如果没有真实机器人，则需仿真。仿真前，需构建仿真环境。两种方式：

直接insert模型. 需连外网，或把模型提前下载到指定目录下；
Building Editor. 在Edit菜单中

ROS学习笔记(持续更新)

1. 初识ROS

2. ROS架构

3. ROS基础

3.1 创建工作空间和功能包

3.2 工作空间的覆盖

3.3 使用IDE运行及调试ROS程序

3.4 创建Publisher和Subscriber

3.5 自定义话题消息

3.6 创建Server和Client

3.7 分布式多机通信

4. ROS中常用组件

4.1 launch启动文件

4.2 TF坐标变换

4.3 Qt工具箱

4.4 rviz可视化平台

4.5 rosbag数据记录与回放

5.机器人平台搭建

6.机器人建模与仿真

6.1 URDF统一机器人描述格式

6.2 创建机器人URDF模型

6.３ xacro优化urdf

6.4 添加传感器模型

6.5　Gazebo仿真

7.SLAM

8.ROS进阶

9.ROS2

猜你喜欢

ROS学习笔记(持续更新)

1. 初识ROS

2. ROS架构

3. ROS基础

3.1 创建工作空间和功能包

3.2 工作空间的覆盖

3.3 使用IDE运行及调试ROS程序

3.4 创建Publisher和Subscriber

3.5 自定义话题消息

3.6 创建Server和Client

3.7 分布式多机通信

4. ROS中常用组件

4.1 launch启动文件

4.2 TF坐标变换

4.3 Qt工具箱

4.4 rviz可视化平台

4.5 rosbag数据记录与回放

5.机器人平台搭建

6.机器人建模与仿真

6.1 URDF统一机器人描述格式

6.2 创建机器人URDF模型

6.３ xacro优化urdf

6.4 添加传感器模型

6.5 Gazebo仿真

7.SLAM

8.ROS进阶

9.ROS2

猜你喜欢

6.5　Gazebo仿真