ROS学习笔记九：ROS工具

ROS有各种工具可以帮助用户使用ROS。应该指出，这些GUI工具是对输入型命令工具的补充。如果包括ROS用户个人发布的工具，那么ROS工具的数量很庞大。其中，本文讨论的工具是对于ROS编程非常有用的辅助工具。

本章涵盖的工具是：

• RViz 三维可视化工具
• rqt 基于Qt的ROS GUI开发工具
• rqt_image_view 图像显示工具（rqt的一类）
• rqt_graph 以图形显示节点和消息之间的相关关系的工具（rqt的一类）
• rqt_plot 二维数据绘图工具（rqt的一类）
• rqt_bag 基于GUI的bag数据分析工具（rqt的一类）

1 三维可视化工具（RViz）

RViz是ROS的三维可视化工具。它的主要目的是以三维方式显示ROS消息，可以将数据进行可视化表达。例如，可以无需编程就能表达激光测距仪（LRF）传感器中的传感器到障碍物的距离，RealSense、Kinect或Xtion等三维距离传感器的点云数据（PCD，Point Cloud Data），从相机获取的图像值等。

另外 ，利用用户指定的多边形（ polygon ）支持各种表现形式 ，交互标记（Interactive Markers）可以表达接收来自用户节点的命令和数据并互交的过程。在ROS中，机器人以URDF描述，它可以表示为三维模型，并且每个模型可以根据自由度进行移动或驱动，因此可以用于仿真或控制。

1.1 RViz安装与运行

以ros- [ROS_DISTRO] -desktop-full命令安装ROS时，RViz会默认被安装。如果未安装“desktop-full”或未安装RViz，请使用以下命令进行安装。

$ sudo apt-get install ros-kinetic-rviz

RViz的运行命令如下。就像任何其他的ROS工具一样，roscore必须运行。作为参
考，您也可以使用节点运行命令“rosrun rviz rviz”运行它。

$ rviz

1.2 RViz画面布局

1.3 RViz显示屏

使用RViz的过程中最常用的菜单应该是显示屏（display）菜单。该显示屏菜单用于选择三维视图（3D View）画面所显示的信息，各项目的说明请参照下表。

2 ROS GUI开发工具（rqt）

除了三维可视化工具RViz之外，ROS还为机器人开发提供各种GUI工具。例如，有一个将每个节点的层次结构显示为图形，且显示当前节点和话题状态的graph；将消息显示为二维图形的plot，等。从ROS Fuerte版本开始，这些GUI开发工具被称为rqt，它集成了30多种工具，可以作为一个综合的GUI工具来使用。另外，RViz也被集成到rqt的插件中，这使rqt成为ROS的一个不可缺少的GUI工具。

另外，顾名思义，rqt是基于Qt开发的，而Qt是一个广泛用于计算机编程的GUI编程的跨平台框架，用户可以方便自由地添加和开发插件。本节介绍rqt插件中的rqt_image_view、rqt_graph、rqt_plot和rqt_bag。

2.1 rqt安装与运行

以ros-[ROS_DISTRO]-desktop-full命令安装ROS时，rqt会默认安装。如果未安装“desktop-full”或未安装rqt，请使用以下命令进行安装。

$ sudo apt-get install ros-kinetic-rqt*

运行rqt的命令如下。只需键入rqt。作为参考，用户可以使用节点执行命令rosrun rqt_gui rqt_gui执行它。

$ rqt

运行rqt将显示rqt的GUI界面，如下图所示。如果是第一次，它将只显示菜单，此外没有任何内容。这是因为还没有指定rqt直接运行的插件程序。

rqt的各菜单如下。

• 文件（File） 只有一个退出rqt的子菜单。
• 插件（Plugins） 有30多个插件。可以选择并使用它。
• 动作（Running） 显示当前运行的插件，在不需要的时候可以停止。
• 全景（Perspectives） 用于保存当前运行的插件组，并在下次运行相同的插件组。

如果从rqt的顶部菜单中选择[插件（Plugins）] ，则可以看到大约30个插件。大部分是非常有用的rqt的默认插件。非官方的插件也可以添加到此，需要的话用户也可以添加自己开发的rqt插件。 很难说明所有的插件，所以在本文中，我们只了解一下最常用的rqt_image_view、rqt_bag、rqt_graph和rqt_plot插件。

2.2 rqt_image_view

这是一个显示相机的图像数据的插件。这不是一个图像处理过程，它只是在简单地查看图像时非常有用。一般的USB摄像头支持UVC，所以用户可以使用ROS的uvc_camera功能包。首先，使用以下命令安装uvc_camera功能包。

$ sudo apt-get install ros-kinetic-uvc-camera

将USB摄像头连接到计算机的USB接口，然后使用以下命令运行uvc_camera功能包中的uvc_camera_node节点。

$ rosrun uvc_camera uvc_camera_node

然后用“rqt”命令运行rqt，之后从菜单中选择[Plugins]→[Image View]。如果在左上方的消息选择下拉列表中选择“/image_raw”，则可以看到摄像头拍摄的图像。

除了从rqt菜单中选择插件之外，还可以使用专用的运行命令，如下所示。

$ rqt_image_view

2.3 rqt_graph

rqt_graph是用图形表示当前活动中的节点与在ROS网络上传输的消息之间的相关性的工具。这对了解当前ROS网络情况非常有用。用法很简单。如以下示例所示，为了查看turtlesim功能包中的turtlesim_node和turtle_teleop_key，以及uvc_camera功能包中的uvc_camera_node节点，将他们分别在不同的终端中运行。

$ rosrun turtlesim turtlesim_node
$ rosrun turtlesim turtle_teleop_key
$ rosrun uvc_camera uvc_camera_node
$ rosrun image_ view image_view image:=image_raw

运行rqt_graph时，节点和话题的相关性会如下图所示。

在上图中，椭圆表示节点（/teleop_turtle、/turtlesim），方块（/turtle1/cmd_vel）表示话题消息。箭头表示发送和接收消息。可以看到，这两个节点正在以平移速度和旋转速度的消息类型（话题名称：/turtle1/cmd_vel）发送和接收键盘的方向键值。

uvc_camera功能包也可以通过rqt_graph确认uvc_camera节点在发出/image_raw话题消息，并且image_view_xxx节点在订阅它。这已经通过简单的几个节点确认过，但在实际的ROS编程中，会有数十个节点发送和接收各种话题消息。此时，rqt_graph对于检查当前ROS网络上节点的相关性会非常的有用。

2.4 rqt_plot

使用下面的命令运行rqt_plot，用户也可以使用节点执行命令rosrun rqt_plot rqt_plot运行它。

$ rqt_plot

rqt_plot12是一个二维数据绘图工具。绘图意味着绘制坐标。换句话说，它接收到ROS消息并将其撒在坐标系上。例如，假设要标记turtlesim节点pose消息的x和y坐标。首先，运行turtlesim功能包中的turtlesim_node。

$ rosrun turtlesim turtlesim_node

然后在rqt_plot上方的Topic栏中输入/turtle1/pose/，则会在二维（x轴：数据值，y轴：时间）坐标系中绘制/turtle1/pose/节点。或者，您可以使用下一个命令立即运行它，包括指定要图示的话题。

$ rqt_plot /turtle1/pose/

接下来，运行turtlesim功能包中的turtle_teleop_key来移动屏幕上的乌龟。

$ rosrun turtlesim turtle_teleop_key

如下图所示，可以看到在显示龟的x位置、y位置、theta方向和平移转速。这是显示二维数据坐标的有用的工具。这里表示了turtlesim功能包，但rqt_plot也可以用于表达用户开发的节点的二维数据。特别地，适合于随着时间的推移显示传感器值，例如速度和加速度。

2.5 rqt_bag

rqt_bag是一个可以将消息进行可视化的GUI工具。ROS日志信息中的rosbag是基于文本的，但是rqt_bag对于图像数据类的消息管理是非常有用的，因为rqt_bag多了可视化功能，因此可以立即查看摄像机的图像值。在测试之前，运行rqt_image_view和rqt_graph的工具说明中提到的turtlesim和uvc_camera中的所有相关节点。接下来，用如下命令生成为一个bag文件，记录相机的/image_raw和turtlesim的/turntlesim/turtle1/cmd_vel值

为了利用rqt_bag的特点，将USB摄像头图像保存为一个bag文件，然后使用rqt_bag进行播放。

$ rosrun uvc_camera uvc_camera_node
$ rosbag record /image_raw
$ rqt

使用 “ rqt ” 命令运行rqt ，然后从菜单中选择[插件（ Plugins ） ] → [日志（Logging）]→[包（Bag）]。然后选择左上方的文件夹图标（Load Bag）加载刚才录制的*.bag文件。然后，如下图所示，用户可以在时间轴上查看相机图像的变化。还可以进行放大、回放和查看各时间点的数据值。如果右键单击鼠标按钮，则会出现“Publish”选项来重新发送消息。

参考：

《ROS_Robot_Programming》第六章