3.ROS介绍和基本概念¶

3.1 ROS是什么¶

官方定义：ROS(Robot Operating System)是面向机器人的开源的元操作系统(meta-operating system)。它能够提供类似传统操作系统的诸多功能,如硬件抽象、底层设备控制、常用功能实现、进程间消息传递和程序包管理等。此外,它还提供相关工具和库,用于获取、编译、编辑代码以及在多个计算机之间运行程序完成分布式计算。

ROS = 管道+工具+能力+生态

3.2 ROS版本介绍¶

ROS版本	electric	fuerte	groovy	hydro	indigo
Ubuntu	10.04 11.10	10.04 11.10 12.04	11.10 12.04 12.10	12.04 12.10 13.04	13.10 14.04

ROS版本	jade	kinetic	luna	melodic
Ubuntu	14.04 14.10 15.04	15.10 16.04	16.04 16.10 17.04	17.10 18.04

3.3 ROS安装方法¶

官方教程具有十分详细的介绍。

步骤1 添加Ubuntu源地址：¶

$ sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'

注意： 有时使用系统默认源速度会较慢，并且缺少依赖。此时，可将Ubuntu源设置为中科大的，打开/etc/apt/sources.list文件：

$ sudo gedit /etc/apt/sources.list

改为以下内容(以Ubuntu 16.04为例)：

deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu/ xenial main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu/ xenial-security main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu/ xenial-updates main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu/ xenial-proposed main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu/ xenial-backports main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu/ xenial main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu/ xenial-security main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu/ xenial-updates main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu/ xenial-proposed main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu/ xenial-backports main restricted universe multiverse

步骤2 设置安全公钥：¶

$ sudo apt-key adv --keyserver hkp://ha.pool.sks-keyservers.net:80 --recv-key 421C365BD9FF1F717815A3895523BAEEB01FA116

步骤3 更新源：¶

$ sudo apt update

步骤4 安装：¶

$ sudo apt install ros-kinetic-desktop-full

或安装其它包：

$ sudo apt install ros-kinetic-ros-base
$ sudo apt install ros-kinetic-navigation
$ sudo apt install ros-kinetic-gmapping

步骤5 安装完后，导出环境变量：¶

$ source /opt/ros/kinetic/setup.bash

如果不想每次打开终端都导出环境变量，可将其添加到.bashrc文件中：

$ echo "source /opt/ros/kinetic/setup.bash" >> ~/.bashrc

3.4 ROS通信机制¶

ROS整个通信机制的核心就是：发布订阅机制。例如下图：名为Talker的节点向/chatter主题发送字符串”hello”，另一个名为Listener的节点订阅/chatter主题，接收主题的字符串。

注意：每个主题跟消息类型是绑定的。比如，一个接收string类型消息的主题，是不能接收int数据类型消息的。

下面是一个更具体的例子，即底盘导航模块所用到的节点及主题。

3.5 ROS包、节点的创建¶

ROS中工作区、包、节点的概念类比：

ROS	Visual Studio
工作区(workspace)	解决方案(solution)
包(package)	工程(project)
节点(node)	可执行文件(executable)

创建工作区¶

工作区即一个目录，用mkdir命令创建即可：

$ cd ~
$ mkdir catkin_ws

在工作区目录下，创建名为src的文件夹：

$ cd ~/catkin_ws
$ mkdir src

此时的目录结构：

~
|--catkin_ws
    |--src

创建ROS包¶

$ cd ~/catkin_ws/src
$ catkin_create_pkg trd_driver

此时的目录结构：

~
|--catkin_ws
    |--src
        |--trd_driver
            |--CMakeLists.txt
            |--package.xml

添加节点(C++源代码)¶

$ cd ~/catkin_ws/src/trd_driver
$ mkdir src
$ cd src
$ gedit hello_world_node.cpp

编辑hello_world_node.cpp内容:

#include "ros/ros.h"
int main() {
    ROS_INFO("hello world!");
    return 0;
}

修改~/catkin_ws/src/trd_driver/CMakeLists.txt内容：

$ gedit ~/catkin_ws/src/trd_driver/CMakeLists.txt

cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)
project(trd_driver)

find_package(catkin REQUIRED
    roscpp
)
catkin_package(CATKIN_DEPENDS
)

include_directories(
  include
  ${catkin_INCLUDE_DIRS}
)

# hello_world_node
add_executable(hello_world_node
  src/hello_world_node.cpp
)
target_link_libraries(hello_world_node
  ${catkin_LIBRARIES})

此时的目录结构：

~
|--catkin_ws
    |--src
        |--trd_driver
            |--CMakeLists.txt
            |--package.xml
            |--src
                |--hello_world_node.cpp

编译运行节点¶

编译：

$ cd ~/catkin_ws
$ catkin_make

~
|--catkin_ws
    |--lib #编译结果目录
    |--devel #编译结果目录
    |--src
        |--trd_driver
            |--CMakeLists.txt
            |--package.xml
            |--src
                |--hello_world_node.cpp

运行(方式一)：

$ cd ~/catkin_ws
$ ./devel/lib/trd_driver/hello_world_node

运行(方式二)：

先将此工作区下的ROS包导出到环境变量，然后用ros run指令启动：

$ cd ~/catkin_ws
$ source ./devel/setup.bash
$ rosrun trd_driver hello_world_node

运行(方式三)：

建立launch文件，用launch文件启动。

$ cd ~/catkin_ws/src/trd_driver
$ mkdir launch
$ cd launch
$ gedit trd_driver.launch

编辑launch文件内容：

<?xml version="1.0"?>
<launch>
    <node pkg="trd_driver" type="hello_world_node" name="hello_world_node">
    </node>
</launch>

启动launch文件（需要保证已经source当前工作区）：

$ roslaunch trd_driver trd_driver.launch

若需要打印节点的log输出，可在启动时加入 –screen 参数：

$ roslaunch trd_driver trd_driver.launch --screen

3.6 编写ROS订阅、发布节点(C++)¶

参照 hello_world_node 开发方式，创建一个名为 talker_node 的发布者节点和一个名为 listener_node 订阅者节点。分别加入以下源代码并编译运行。

发布者节点¶

功能：以10Hz的频率，向/chatter主题发布”hello x”(x为计数)字符串。

trd_driver/src/talker_node.cpp¶

#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"
#include <sstream>

int main(int argc, char *argv[]) {
    ros::init(argc, argv, "talker"); //初始化节点,名称为"talker"
    ros::NodeHandle nh; //创建节点句柄
    ros::Publisher pub =
         nh.advertise<std_msgs::String>("chatter", 1000); //创建发布者
    ros::Rate loop_rate(10); //设置循环频率
    int count = 0; //循环计数
    while (ros::ok()){
        std_msgs::String msg; //创建消息
        std::stringstream ss;
        ss << "Hello " << count;
        msg.data = ss.str(); //消息赋值
        ROS_INFO("send [%s]", msg.data.c_str());

        pub.publish(msg); //发布消息
        ros::spinOnce(); //非阻塞调用
        loop_rate.sleep();
        ++count;
    }
    return 0;
}

订阅者节点¶

功能：订阅/chatter主题，并打印收到的内容。

trd_driver/src/listener_node.cpp¶

#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"

void subCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg) {
    ROS_INFO("I heard: [%s]", msg->data.c_str());
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    ros::init(argc, argv, "listener"); //初始化节点,名称为"listener"
    ros::NodeHandle nh;//创建节点句柄
    ros::Subscriber sub =
         nh.subscribe("chatter", 1000, subCallback); //创建订阅者
    ros::spin(); //阻塞调用
    return 0;
}

CMakeLists.txt¶

修改 trd_driver/CMakeLists.txt 内容，添加两节点。

trd_driver/CMakeLists.txt¶

cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)
project(trd_driver)

find_package(catkin REQUIRED
    roscpp
)
catkin_package(CATKIN_DEPENDS
)

include_directories(
  include
  ${catkin_INCLUDE_DIRS}
)

# hello_world_node
add_executable(hello_world_node
  src/hello_world_node.cpp
)
target_link_libraries(hello_world_node
  ${catkin_LIBRARIES})

# talker_node
add_executable(talker_node
  src/talker_node.cpp
)
target_link_libraries(talker_node
  ${catkin_LIBRARIES})

# listener_node
add_executable(listener_node
  src/listener_node.cpp
)
target_link_libraries(listener_node
  ${catkin_LIBRARIES})

运行发布者和订阅者¶

为了避免每次启动终端，都要导出当前工作区环境变量，可以将导出命令加入到当前用户的 ~/.bashrc 文件中：

$ echo "source ~/catkin_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc

打开新的终端，启动 roscore ：

$ roscore

打开新的终端，启动 talker_node 节点：

$ rosrun trd_driver talker_node

打开新的终端，启动 listener_node 节点：

$ rosrun trd_driver listener_node

此时，可看到订阅者打印接收到的内容。

3.7 编写ROS订阅、发布节点(Python)¶

请参照官方教程自行尝试。

3.8 ROS学习网站¶

ROS维基网站： http://wiki.ros.org/
ROS官方教程: http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials
ROS Answers论坛： answers.ros.org
创客智造： https://www.ncnynl.com/

3.9 ROS学习书籍¶

1. A Gentle Introduction to ROS¶

(英文版) 链接: https://pan.baidu.com/s/1WtsiWh7o542KCgSNMR8ugQ 密码: ci3k

(中文版) 链接: https://pan.baidu.com/s/1skP5o819hZE1OsXypFD_Gw 密码: p8f9

2. Learning ROS for Robotics Programming¶

链接: https://pan.baidu.com/s/1sjegN3w_ehvhxT00d1xBiw 密码: bnce

3. Programming Robots with ROS: A Practical Introduction to the Robot Operating System¶

链接: https://pan.baidu.com/s/1QkqD-Zu_i3KJNCn0xSsKng 密码: qd82

4. Robot Operating System (ROS)The Complete Reference¶

链接: https://pan.baidu.com/s/1d4UZd3Ast9SxPhz8HZh9gg 密码: ep42