前言

系统环境: Ubuntu 18.04，硬盘安装。

ROS版本: melodic

深蓝学院（古月居）胡春旭ROS理论与实践笔记整理。

1. ROS的定义与组成

ROS = 通信机制+开发工具+应用功能+生态系统。

1.1 通信机制

松耦合分布式通信。

松耦合

比如组员A可以在他自己的电脑上用python实现节点A的功能，组员B可以在他自己的电脑上用C++实现节点B的功能。只要这两个节点相互通信就好了。这就是松耦合分布式。

1.2 开发工具

一些常用的开发工具

1.3 应用功能

一些应用功能

这些都是框架。

1.4 生态系统

官网、论坛啥的。

2. 核心概念和通讯机制

通讯机制

节点（Node）–执行单元

  • 执行具体任务的进程、独立运行的可执行文件；
  • 不同节点可使用不同的编程语言，可分布式运行在不同的主机；
  • 节点在系统中的名称必须是唯一的。

节点管理器（ROS Master）– 控制中心

  • 为节点提供名命和注册服务；
  • 跟踪和记录话题/服务通信，辅助节点相互查找、建立连接；
  • 提供参数服务器，节点使用此服务器存储和检索运行时的参数。

例子：摄像头的图像处理ROS过程

话题（Topic）–异步通信机制

  • 节点间用来传输数据的重要总线；
  • 使用发布/订阅模型，数据由发布者传输到订阅者，同一个话题的订阅者或发布者可以不唯一。

消息（Message）– 话题数据

  • 具有一定的类型和数据结构，包括ROS提供的标准类型和用户自定义类型。
  • 使用编程语言无关的.msg文件定义，编译过程中生成对应的代码文件。

话题模型

服务(Service) – 同步通信机制

  • 使用客户端/服务器（C/S）模型，客户端发送请求数据，服务器完成处理后返回应答数据；
  • 使用编程语言无关的.srv文件定义请求和应答数据，编译过程中生成对应的代码文件。

服务模型

服务与话题的区别：

话题与服务的区别

  • 异步性：发出去不管收没收到（类似于UDP）。
  • 异步性：发出去一定要等待反馈（类似于TCP/IP）。

参数（Parameter）– 全局共享字典

  • 可通过网络访问的共享、多变量字典；
  • 节点使用此服务器来存储和检索运行时的参数；
  • 是和储存静态的、非二进制的配置参数。

参数模型：全局字典

功能包（Package）

  • ROS软件中的基本单元，包含节点源码、配置文件、数据定义等。

功能包清单（Package manifest）

  • 记录功能包的基本信息，包含作者信息、许可信息、依赖选项、编译标志等。

元功能包（Meta Packages）

  • 组织多个用于同一目的的功能包

功能包关系图

3. 小海龟仿真分析

  • 常用命令：
rostopic
rosservice
rosnode
rosparam
rosmsg
rossrv
  • 小海龟命令行分析:
# 用来启动ros核心，也就是ros master节点。
roscore

# rosrun表示运行一个节点
# turtlesim表示功能包名为turtlesim，海龟仿真器
# turtlesim_node表示turtlesim包下的turtlesim_node节点
rosrun turtlesim turtlesim_node

# rosrun表示运行一个节点
# turtlesim表示功能包名为turtlesim，海龟仿真器
# turtlesim_node表示turtlesim包下的turtle_teleop_key节点
# 键盘控制
rosrun turtlesim turtle_teleop_key
  • ROS可视化工具：rqt_graph

勾选Debug

分析：椭圆形就是节点，/turtule1就是topic，/turtle1/cmd_vel是包含速度指令的topic，表示速度velocity。

不勾选debug

分析：/rosout是ros master启动后默认启动的一个节点，会保存所有结点的日志信息。

  • rosnode的使用方式
# 打印所有的节点
rosnode list

# 打印/turtlesim节点具体提供的数据接口是什么样的（这个节点的信息）
rosnode info /turtlesim
  • rostopic的使用方式
# 例如，结点/turtlesim正在发布海龟1的位置信息/turtle1/pose（这个是话题）
# echo是打印某一个话题里的数据内容
# 打印海龟1的姿势信息
# 平移单位是米，角度的单位是弧度
rostopic echo /turtle1/pose

# pub 表示publish
# /turtle1/cmd_vel是topic名，表示海龟1的速度指令
# geometry_msgs/Twist是message名，表示线速度和角速度（机器人学中的twist）
# 键盘的输入的优先级高一些
rostopic pub /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist +Tab键
rostopic pub -r 10 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist +Tab键
  • rosservice的使用方式
# 请求一只按照新的参数新产生的海龟
rosservice call /spawn +tab
  • ROS可视化工具：rqt_plot

左上角添加topic，就可以实时打印某一话题里的数据内容。

rqt_plot