古月·ROS入門21講 | 一學(xué)就會的ROS機器人入門教程
ROS核心概念
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ROS = 通信機制+開發(fā)工具+應(yīng)用功能+生態(tài)系統(tǒng)
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通信機制:
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Node:完成具體功能的進程、獨立運行的可執(zhí)行文件??捎枚喾N語言py、c++。節(jié)點在系統(tǒng)中的名稱唯一。
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ROS Master:為節(jié)點提供命名注冊服務(wù);跟蹤和記錄話題、服務(wù)通信,節(jié)點之間建立連接;提供參數(shù)服務(wù)器,記錄全局變量值。(管理Node)
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Topic:節(jié)點間用來傳輸數(shù)據(jù)的重要總線;使用publisher/subscriber模型,單向數(shù)據(jù)傳輸有發(fā)布者傳輸?shù)接嗛喺撸粋€話題的訂閱者或者發(fā)布者不唯一。(異步通訊)
Message:具有一定的類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),包括ROS提供的標(biāo)準(zhǔn)類型和用戶自定義類型;使用編程語言無關(guān)的.msg文件定義。
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Service:(同步通訊機制):使用Client/Server模型,客戶端發(fā)送請求數(shù)據(jù),服務(wù)器完成處理后返回應(yīng)答數(shù)據(jù);使用編程語言無關(guān)的.srv文件定義。請求一次應(yīng)答一次,帶反饋。一個server,多個client。
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參數(shù)Parameter:全局共享字典
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可通過網(wǎng)絡(luò)訪問的共享、多變量字典
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借點使用此服務(wù)器來存儲和檢索運行時的參數(shù)
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存儲靜態(tài)、非二進制配置參數(shù)。
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- 功能包Package:ROS軟件基本單元,包含節(jié)點源碼、配置文件、數(shù)據(jù)定義
ROS命令行
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roscore:啟動ros master
rosrun:啟動節(jié)點 TAB鍵查看包含節(jié)點
rqt_graph:顯示系統(tǒng)計算圖。
rosnode list:顯示系統(tǒng)中所有節(jié)點
rosnode info:顯示節(jié)點信息,正在發(fā)布/訂閱的話題
rostopic:查看話題
rosmsg show:顯示消息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
rosservice list:服務(wù)列表
rossrv show std_srvs/Trigger:查看數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
rosrecord -a -O cmd_record :話題記錄
rosbag play cmd_record.bag:復(fù)現(xiàn)指令
//發(fā)布指令讓烏龜移動 -r 10:rate,發(fā)布話題數(shù)據(jù)內(nèi)容的頻率,10hz //rostopiv pub /話題名 消息結(jié)構(gòu)(內(nèi)容)數(shù)據(jù) //如Twist數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有l(wèi)inear線速度和angular角速度兩個結(jié)構(gòu) rostopic pub -r 10 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist "linear: x: 1.0 y: 0.0 z: 0.0 angular: x: 0.0 y: 0.0 z: 0.0"
工作空間與功能包
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工作空間 workspace _ws:一個存放工程開發(fā)相關(guān)文件的文件夾。
- src:代碼空間 Source Space。 功能包、launch文件
- build:編譯空間 Build Space。
- devel:開發(fā)空間 Development Space。編譯生成的可執(zhí)行文件。
- install:安裝空間 Install Space
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在系統(tǒng)中創(chuàng)建工作空間并進行編譯:
//創(chuàng)建工作空間 mkdir -p ~/catkin_ws/src cd ~/catkin_ws/src catkin_init_workspace //編譯工作空間 cd ~/catkin_ws/ catkin_make //設(shè)置環(huán)境變量 source devel/setup.bash //檢查環(huán)境變量 echo $ROS_PACKAGE_PATH
tf::MessageFilter結(jié)構(gòu):
定義數(shù)據(jù):TransformListener、message_filters::Subscriber、tf::MessageFilter,用消息的名稱來初始化 message_filters::Subscriber。用 tf、message_filters::Subscriber、目標(biāo)坐標(biāo)系來初始化 tf::MessageFilter,給 tf::MessageFilter 注冊 callback。編寫 callback,并在回調(diào)中完成坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。至此完成消息訂閱+坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。
訂閱與發(fā)布
發(fā)布者 Publisher
- 話題模型
//創(chuàng)建功能包
// _ws/src目錄下 catkin_create_pkg 功能包名
catkin_create_pkg learning_topic roscpp rospy std_msgs geometry_msgs turtlesim
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實現(xiàn)發(fā)布
- 初始化ROS節(jié)點,創(chuàng)建節(jié)點句柄
- 向ROS Master注冊節(jié)點信息,包括發(fā)布的話題名和話題中的消息類型
- 創(chuàng)建消息數(shù)據(jù)
- 按頻率發(fā)布消息
//C++
//創(chuàng)建發(fā)布者代碼 發(fā)布tuetle1/cmd_vel 話題,消息類型geometry_msgs::Twist
#include <ros/ros.h>
#include <geometry_msgs/Twist.h>//消息數(shù)據(jù)類型頭文件
int main (int argc, char **argv)
{
//ROS節(jié)點初始化 節(jié)點名Velocity_publisher
ros::init(argc,argv,"velocity_publisher");
//創(chuàng)建節(jié)點句柄 管理ROS API資源,調(diào)用
ros::Nodehandle n;
//創(chuàng)建一個Publisher,發(fā)布名為/turtle1/cmd_vel的topic,消息類型為geometry_msgs::Twist,隊列長度10
// 發(fā)布者名 = 句柄.advertise<消息類型>("話題名",隊列長度)
ros::Publisher turtle_vel_pub = n.advertise<geometry_msgs::Twist>("/turtle1/cmd_vel",10);
//設(shè)置循環(huán)頻率 不斷publish
ros:Rate loop_rate(10);
int count = 0;
while (ros:ok())
{
//初始化geometry_msgs::Twist類型消息
geometry_msgs::Twist vel_msg;
vel_msg.linear.x = 0.5;
vel_msg.angular.z = 0.2;
//發(fā)布消息
turtle_vel_pub.publish(vel_msg); //由發(fā)布者發(fā)布消息,消息即vel_msg
ROS_INFO("Publish turtle velocity command[%0.2f m/s, %0.2f rad/s]", vel_msg.linear.x,vel_msg.angular.z);//printf 輸出
//按照循環(huán)頻率延時
loop_rate.sleep();
}
return 0;
}
#Python 存放于scripts文件夾下,要設(shè)置為可執(zhí)行文件即可用rosrun執(zhí)行
#!/usr/bin/python是告訴操作系統(tǒng)調(diào)用/usr/bin下的python解釋器來執(zhí)行這個腳本。例如,我們編寫了hello.py腳本,執(zhí)行時需要輸入命令:python hello.py。因為有了這行聲明,就可以直接用./hellp.py 來執(zhí)行了,在這之前需要給腳本設(shè)置可執(zhí)行權(quán)限chmod +x hello.py。
#!/usr/bin/env python是為了防止沒有將python裝在默認的/usr/bin路徑里。當(dāng)系統(tǒng)看到這一行的時候,首先會到env設(shè)置里查找python的安裝路徑,再調(diào)用對應(yīng)路徑下的解釋器程序完成操作,推薦這種寫法。
#2.x版本的py文件一般默認的是ASCII碼,如果文件里有中文,運行時會出現(xiàn)亂碼,注釋是中文也不行。因此,需要把文件編碼類型改為utf-8的類型,輸入# -*- coding:utf-8 -*-之后會把文件編碼強制轉(zhuǎn)換為utf-8。
#3.x版本的py文件的默認編碼為Unicode,也就是說不用進行編碼聲明,可以直接使用中文了。
#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-
#創(chuàng)建發(fā)布者代碼 發(fā)布tuetle1?cmd_vel 話題,消息類型geometry_msgs::Twist
import rospy
from geometry_msgs.msg import Twist
def velocity_publisher():
#ROS節(jié)點初始化
rospy,init_node('velocity_publisher',anonymous=True)
#創(chuàng)建一個Publisher,發(fā)布名為/turtle1/cmd_vel的topic,消息類型為geometry_msgs::Twist,隊列長度10
turtle_vel_pub = rospy.Publsiehr('/turtle1/cmd_vel',Twist,queue_size = 10)
#設(shè)置循環(huán)頻率 不斷publish
rate = rospy.Rate(10)
while not rospy.is_shutdown():
# 初始化geometry_msgs::Twist類型消息
vel_msg = Twist()
vel_msg.linear.x = 0.5
vel_msg.angular.z = 0.2
#發(fā)布消息
turltle_vel_pub.publish(vel_msg)
rospy.loginfo("Publish turtle velocity command[%0.2f m/s, %0.2f rad/s]",vel_msg.linear.x, vel_msg.angualr.z)
#按照循環(huán)頻率延時
rate.sleep()
if __name__ == '__main__':# 當(dāng)模塊被直接運行時,if...以下代碼塊將被運行,當(dāng)模塊是被導(dǎo)入時,代碼塊不被運行
try:
velocity_publisher()
except rospy.ROSInterruptException:
pass
- 編譯
##在CMakeLists.txt中加入 生成可執(zhí)行文件和路徑
add_executable(velocity_publisher src/velocity_publisher.cpp)
target_link_libraries(velocity_publisher ${catkin_LIBRARIES})
//工作空間根目錄
cd _ws
catkin_make
source devel/setup.bash //設(shè)置環(huán)境變量或可以把此行代碼寫入~/.bashrc
roscore
rosrun turtlesim turtlesim_node
rosrun learning_topic velocity_publisher
訂閱者 Subscriber
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實現(xiàn)訂閱
- 初始化ROS節(jié)點
- 訂閱需要的話題
- 循環(huán)等待話題消息,接收到消息后進入回調(diào)函數(shù)
- 在回調(diào)函數(shù)中完成消息處理
//C++
//訂閱/turtle1/pose話題,消息類型turtlesim::Pose
#include <ros/ros.h>
#include "turtlesim/Pose.h"
//接收到訂閱的消息后,進入消息回調(diào)函數(shù) 訂閱者不知道什么時候會有消息進入,一旦有消息進入即調(diào)用回調(diào)函數(shù)處理
void poseCallback(const turtlesim::Pose::ConstPtr& msg)//針對消息的常指針
{
//將接收到的消息打印出來
ROS_INFO("turtle pose: x:%0.6f, y:%0.6f", msg->x,msg->y);//指針數(shù)據(jù)調(diào)用
}
int main(int argc, char **argv)
{
//初始化ROS節(jié)點
ros::init(argc, argv, "pose_subscriber");
//創(chuàng)建節(jié)點句柄 管理節(jié)點資源
ros::NodeHandle n;
//創(chuàng)建一個Subscriber, 訂閱名為/turtle1/pose的topic,注冊回調(diào)函數(shù)poseCallback
//訂閱者:pose_sub,訂閱話題:/turtle1/pose
ros::Subscriber pose_sub = n.subscriber("/turtle1/pose", 10, poseCallback);
//循環(huán)等待回調(diào)函數(shù)
ros::;spin();//循環(huán)等待 查看隊列,若有消息則調(diào)用poseCallback,否則死循環(huán);缺少了某個資源,等到資源就緒之后,轉(zhuǎn)換到就緒態(tài),再等待上cpu執(zhí)行;spin = 等待某個命令 = 直到命令到達 = 等著上cpu執(zhí)行下一步
return 0;
}
#Python
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
#訂閱/turtle1/pose話題,消息類型turtlesim::Pose
import rospy
from turtlesim.msg import Pose
def poseCallback(msg):
rospy.loginfo("Turtle pose: x:%0.6f, y:%0.6f", msg.x, msg.y)
def pose_subscriber():
# 初始化ROS節(jié)點
rospy.init_node('pose_subscriber', anonymous=True)
# 創(chuàng)建一個Subscriber, 訂閱名為/turtle1/pose的topic,注冊回調(diào)函數(shù)poseCallback
rospy.Subscriber("/turtle1/pose", Pose, poseCallback)
# 循環(huán)等待回調(diào)函數(shù)
rospy.spin()
if __name__ == '__main__': # 當(dāng)模塊被直接運行時,if...以下代碼塊將被運行,當(dāng)模塊是被導(dǎo)入時,代碼塊不被運行
pose_subscriber()
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編譯
add_executable(velocity_subscriber src/pose_subscriber.cpp) target_link_libraries(pose_subscriber ${catkin_LIBRARIES}) catkin make
話題消息的自定義與使用
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消息數(shù)據(jù)類型的自定義
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創(chuàng)建msg文件并定義
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在package.xml中添加功能包依賴
編譯依賴 功能包message_generation動態(tài)產(chǎn)生message <build_depend>message_generation</build_depend> 執(zhí)行依賴 <exec_depend>message_runtime</exec_depend>
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在CMakeLists.txt添加編譯選項
find_package( ...... message_generation) add_message_files(FILES Person.msg) //定義接口 generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs) //接口依賴庫 catkin_package( ...... message_runtime) //運行依賴
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編譯生成可執(zhí)行文件,將在devel中生成.h頭文件。使用時需引用頭文件自己定義并編譯的.h。
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//定義一個人的類型的消息Person.msg
//一般在msg文件夾下
string name
uint8 sex
uint8 age
//宏定義
uint8 unknown = 0
uint8 male = 1
uint8 female = 2
依賴添加多一項add_dependcies
add_dependencies(person_publisher ${PROJECT_NAME}_generate_messages_cpp)
add_dependencies(person_subscriber ${PROJECT_NAME}_generate_messsages_cpp)
- 關(guān)閉roscore不影響已經(jīng)建立聯(lián)系的Publisher和Subscriber
服務(wù)與客戶端
客戶端 Client
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話題模型:Client端 請求節(jié)點,發(fā)布產(chǎn)生烏龜?shù)膔equest,server收到后產(chǎn)生response。
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創(chuàng)建功能包
//在工作空間的src目錄下 cd ~/catkin_ws/src catkin_create_pkg learning_service roscpp rospy std_msgs geometry_msgs turtlesim
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實現(xiàn)一個客戶端
- 初始化ROS節(jié)點
- 創(chuàng)建Client實例
- 發(fā)布服務(wù)請求數(shù)據(jù)
- 等待Server處理之后的應(yīng)答結(jié)果
/**
* 該例程將請求/spawn服務(wù),服務(wù)數(shù)據(jù)類型turtlesim::Spawn
*/
#include <ros/ros.h>
#include <turtlesim/Spawn.h> //數(shù)據(jù)類型頭文件
int main(int argc, char** argv)
{
// 初始化ROS節(jié)點
ros::init(argc, argv, "turtle_spawn");
// 創(chuàng)建節(jié)點句柄
ros::NodeHandle node;
// 發(fā)現(xiàn)/spawn服務(wù)后,創(chuàng)建一個服務(wù)客戶端,連接名為/spawn的service
ros::service::waitForService("/spawn"); //查詢系統(tǒng)里是否有/spawn服務(wù),存在才能請求
//創(chuàng)建名為add_turtle的客戶端,請求名為/spawn、數(shù)據(jù)類型為turtle::Spawn的服務(wù)
ros::ServiceClient add_turtle = node.serviceClient<turtlesim::Spawn>("/spawn");
// 初始化turtlesim::Spawn的請求數(shù)據(jù)
turtlesim::Spawn srv;//定義請求數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為turtlesim::Spawn的變量srv
srv.request.x = 2.0;
srv.request.y = 2.0;
srv.request.name = "turtle2";
// 請求服務(wù)調(diào)用
ROS_INFO("Call service to spwan turtle[x:%0.6f, y:%0.6f, name:%s]",
srv.request.x, srv.request.y, srv.request.name.c_str());
add_turtle.call(srv);//請求數(shù)據(jù),阻塞型函數(shù),一直等待反饋
// 顯示服務(wù)調(diào)用結(jié)果
ROS_INFO("Spwan turtle successfully [name:%s]", srv.response.name.c_str());//c_str()返回當(dāng)前字符串的首字符地址
return 0;
};
#python
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
# 該例程將請求/spawn服務(wù),服務(wù)數(shù)據(jù)類型turtlesim::Spawn
import sys
import rospy
from turtlesim.srv import Spawn
def turtle_spawn():
# ROS節(jié)點初始化
rospy.init_node('turtle_spawn')
# 發(fā)現(xiàn)/spawn服務(wù)后,創(chuàng)建一個服務(wù)客戶端,連接名為/spawn的service
rospy.wait_for_service('/spawn')
try:
add_turtle = rospy.ServiceProxy('/spawn', Spawn)
# 請求服務(wù)調(diào)用,輸入請求數(shù)據(jù)
response = add_turtle(2.0, 2.0, 0.0, "turtle2")#x,y,theta,name
return response.name
except rospy.ServiceException, e:
print "Service call failed: %s"%e
if __name__ == "__main__":
#服務(wù)調(diào)用并顯示調(diào)用結(jié)果
print "Spwan turtle successfully [name:%s]" %(turtle_spawn())
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編譯
add_executable(turtle_spawn src/turtle_spawn.cpp) target_link_libraries(turtle_spawn ${catkin_LIBRARIES}) ##工作空間根目錄下 catkin_make source devel/setup.bash roscore rosrun turtlesim turtlesim_node rosrun learning_service turtle_spawn
服務(wù)端 Server
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服務(wù)端server:給海龜發(fā)指令,接受request決定是不是要給海龜發(fā)指令。包含server和topic發(fā)布。
觸發(fā)信號Trigger 可用rossrv show std_srvs/Trigger查看數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
- 初始化ROS節(jié)點
- 創(chuàng)建Server實例
- 循環(huán)等待服務(wù)請求,進入回調(diào)函數(shù)(已注冊)
- 在回調(diào)函數(shù)中完成服務(wù)功能的處理,并反饋應(yīng)答數(shù)據(jù)
/** * 該例程將執(zhí)行/turtle_command服務(wù),服務(wù)數(shù)據(jù)類型std_srvs/Trigger */ #include <ros/ros.h> #include <geometry_msgs/Twist.h> //topic頭文件 #include <std_srvs/Trigger.h> //server頭文件 ros::Publisher turtle_vel_pub; //全局publisher bool pubCommand = false; //標(biāo)志位默認停止false // service回調(diào)函數(shù),輸入?yún)?shù)req,輸出參數(shù)res bool commandCallback(std_srvs::Trigger::Request &req, std_srvs::Trigger::Response &res) { pubCommand = !pubCommand;//標(biāo)志位取反 開關(guān) // 顯示請求數(shù)據(jù) ROS_INFO("Publish turtle velocity command [%s]", pubCommand==true?"Yes":"No"); // 設(shè)置反饋數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來自于內(nèi)置庫的Trigger res.success = true; res.message = "Change turtle command state!"; return true; } int main(int argc, char **argv) { // ROS節(jié)點初始化 ros::init(argc, argv, "turtle_command_server"); // 創(chuàng)建節(jié)點句柄 ros::NodeHandle n; // 創(chuàng)建一個名為/turtle_command的server,注冊回調(diào)函數(shù)commandCallback。收到request后,立刻進入回調(diào)函數(shù) ros::ServiceServer command_service = n.advertiseService("/turtle_command", commandCallback); // 創(chuàng)建一個Publisher,發(fā)布名為/turtle1/cmd_vel的topic,消息類型為geometry_msgs::Twist,隊列長度10。發(fā)送速度指令 turtle_vel_pub = n.advertise<geometry_msgs::Twist>("/turtle1/cmd_vel", 10); // 循環(huán)等待回調(diào)函數(shù) ROS_INFO("Ready to receive turtle command."); // 設(shè)置循環(huán)的頻率 ros::Rate loop_rate(10); while(ros::ok()) { // 查看一次回調(diào)函數(shù)隊列 有數(shù)據(jù)隊列就進入回調(diào)函數(shù),沒有就跳出繼續(xù)執(zhí)行程序 ros::spinOnce(); // 如果標(biāo)志為true,則發(fā)布速度指令 if(pubCommand) { geometry_msgs::Twist vel_msg; vel_msg.linear.x = 0.5; vel_msg.angular.z = 0.2; turtle_vel_pub.publish(vel_msg); } //按照循環(huán)頻率延時 loop_rate.sleep(); } return 0; }
#Python #!/usr/bin/env python # -*- coding: utf-8 -*- # 該例程將執(zhí)行/turtle_command服務(wù),服務(wù)數(shù)據(jù)類型std_srvs/Trigger import rospy import thread,time from geometry_msgs.msg import Twist from std_srvs.srv import Trigger, TriggerResponse pubCommand = False; turtle_vel_pub = rospy.Publisher('/turtle1/cmd_vel', Twist, queue_size=10) def command_thread(): #線程,判斷標(biāo)志位;python只有spin沒有spinonce while True: if pubCommand: vel_msg = Twist() vel_msg.linear.x = 0.5 vel_msg.angular.z = 0.2 turtle_vel_pub.publish(vel_msg) time.sleep(0.1) def commandCallback(req): global pubCommand pubCommand = bool(1-pubCommand) # 顯示請求數(shù)據(jù) rospy.loginfo("Publish turtle velocity command![%d]", pubCommand) # 反饋數(shù)據(jù) return TriggerResponse(1, "Change turtle command state!") def turtle_command_server(): # ROS節(jié)點初始化 rospy.init_node('turtle_command_server') # 創(chuàng)建一個名為/turtle_command的server,注冊回調(diào)函數(shù)commandCallback s = rospy.Service('/turtle_command', Trigger, commandCallback) # 循環(huán)等待回調(diào)函數(shù) print "Ready to receive turtle command." thread.start_new_thread(command_thread, ()) rospy.spin()#循環(huán)直到收到數(shù)據(jù),進入回調(diào)函數(shù) if __name__ == "__main__": turtle_command_server()
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編譯
add_executable(turtle_command_server src/turtle_command_server.cpp) target_link_libraries(turtle_command_server ${catkin_LIBRARIES}) cd ~/..._ws catkin_make source devel/setup.bash roscore rosrun turtlesim turtlesim_node rosrun learning_service turtle_command_server rosservice call /turtle_command "{}"
服務(wù)數(shù)據(jù)的自定義
- 服務(wù)模型
- 自定義服務(wù)數(shù)據(jù) 創(chuàng)建新文件srv下,創(chuàng)建Person.srv文件并寫入
string name
uint8 age
uint8 sex
uint8 unknown = 0
uint8 male = 1
uint8 female = 2
--- //以上是request數(shù)據(jù),以下是response數(shù)據(jù)
string result
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在package.xml中添加功能包依賴
<build_depend>message_generation</build_depend> <exec_depend>message_runtime</exec_depend>
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在CMakeLists.txt文件中添加編譯選項
find_package( .... message_generation)#加功能包 add_service_files(FILES Person.srv)#根據(jù)哪一個srv文件創(chuàng)建頭文件 generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs)#根據(jù)文件定義產(chǎn)生頭文件 catkin_package( .... message_runtime)#添加編譯依賴 #工作空間根目錄下 catkin_make#成功后在include下會找到對應(yīng)的頭文件
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客戶端
/** * 該例程將請求/show_person服務(wù),服務(wù)數(shù)據(jù)類型learning_service::Person */ #include <ros/ros.h> #include "learning_service/Person.h" int main(int argc, char** argv) { // 初始化ROS節(jié)點 ros::init(argc, argv, "person_client"); // 創(chuàng)建節(jié)點句柄 ros::NodeHandle node; // 發(fā)現(xiàn)/spawn服務(wù)后,創(chuàng)建一個服務(wù)客戶端,連接名為/spawn的service ros::service::waitForService("/show_person"); ros::ServiceClient person_client = node.serviceClient<learning_service::Person>("/show_person"); // 初始化learning_service::Person的請求數(shù)據(jù) learning_service::Person srv; srv.request.name = "Tom"; srv.request.age = 20; srv.request.sex = learning_service::Person::Request::male; // 請求服務(wù)調(diào)用 ROS_INFO("Call service to show person[name:%s, age:%d, sex:%d]", srv.request.name.c_str(), srv.request.age, srv.request.sex); person_client.call(srv); // 顯示服務(wù)調(diào)用結(jié)果 ROS_INFO("Show person result : %s", srv.response.result.c_str()); return 0; };
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服務(wù)端
/** * 該例程將執(zhí)行/show_person服務(wù),服務(wù)數(shù)據(jù)類型learning_service::Person */ #include <ros/ros.h> #include "learning_service/Person.h" // service回調(diào)函數(shù),輸入?yún)?shù)req,輸出參數(shù)res bool personCallback(learning_service::Person::Request &req, learning_service::Person::Response &res) { // 顯示請求數(shù)據(jù) ROS_INFO("Person: name:%s age:%d sex:%d", req.name.c_str(), req.age, req.sex); // 設(shè)置反饋數(shù)據(jù) res.result = "OK"; return true; } int main(int argc, char **argv) { // ROS節(jié)點初始化 ros::init(argc, argv, "person_server"); // 創(chuàng)建節(jié)點句柄 ros::NodeHandle n; // 創(chuàng)建一個名為/show_person的server,注冊回調(diào)函數(shù)personCallback ros::ServiceServer person_service = n.advertiseService("/show_person", personCallback); // 循環(huán)等待回調(diào)函數(shù) ROS_INFO("Ready to show person informtion."); ros::spin(); return 0; }
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編譯
add_executable(person_server src/person_server.cpp) target_link_libraries(person_servr ${catkin_LIBRARIES}) add_dependencies(person_server ${PROJECT_NAME}_gencpp) #動態(tài)生成的cpp文件 add_executable(person_client src/person_client.cpp) target_link-libraries(person_client ${catkin_LIBRARIES}) add_dependencies(person_client ${PROJECT_NAME}_gencpp) # 工作空間根目錄下 catkin_make source devel/setup.bash #可寫入系統(tǒng)環(huán)境變量bashrc,否則每次都要輸入 roscore rosrun learning_service person_server rosrun learning_service person_client
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參數(shù)的使用與編程
- 參數(shù)模型:各個節(jié)點可以全局訪問參數(shù)服務(wù)器。參數(shù)文件.yaml
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創(chuàng)建功能包:
cd ~/catkin_ws/src catkin_create_pkg learning_parameter roscpp rospy std_srvs
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參數(shù)命令行 修改參數(shù)后請求服務(wù)才能生效
//顯示參數(shù)列表 rosparam list //獲取參數(shù) rosparam get //修改參數(shù)值 rosparam set 變量名 變量值 //保存參數(shù)到文件于當(dāng)前路徑下 rosparam dump 文件名.yaml //從文件讀取參數(shù) rosparam load 文件名.yaml //刪除參數(shù) rosparam delete 參數(shù)名
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程序?qū)崿F(xiàn)參數(shù)操作
- 初始化ROS節(jié)點
- get函數(shù)獲取參數(shù)
- set函數(shù)設(shè)置參數(shù)
/** * 該例程設(shè)置/讀取海龜例程中的參數(shù) */ #include <string> #include <ros/ros.h> #include <std_srvs/Empty.h> int main(int argc, char **argv) { int red, green, blue; // ROS節(jié)點初始化 ros::init(argc, argv, "parameter_config"); // 創(chuàng)建節(jié)點句柄 ros::NodeHandle node; // 讀取背景顏色參數(shù) get("變量名",參數(shù)值存儲到哪個變量中) ros::param::get("/background_r", red); ros::param::get("/background_g", green); ros::param::get("/background_b", blue); ROS_INFO("Get Backgroud Color[%d, %d, %d]", red, green, blue); // 設(shè)置背景顏色參數(shù) ros::param::set("/background_r", 255); ros::param::set("/background_g", 255); ros::param::set("/background_b", 255); ROS_INFO("Set Backgroud Color[255, 255, 255]"); // 讀取背景顏色參數(shù) ros::param::get("/background_r", red); ros::param::get("/background_g", green); ros::param::get("/background_b", blue); ROS_INFO("Re-get Backgroud Color[%d, %d, %d]", red, green, blue); // 調(diào)用服務(wù),刷新背景顏色 ros::service::waitForService("/clear"); ros::ServiceClient clear_background = node.serviceClient<std_srvs::Empty>("/clear"); std_srvs::Empty srv; clear_background.call(srv); sleep(1); return 0; }
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編譯
add_executable(parameter_config src/parameter_config.cpp) target_link_libraries(parameter_config ${catkin_LIBRARIES}) #工作空間下 catkin_make source devel/setup.absh roscore rosrun turtlesim turtlesim_node rosrun learning_parameter parameter_config
ROS中的坐標(biāo)管理系統(tǒng) TF
- 坐標(biāo)變換工具TF:查詢兩坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系。通過廣播和監(jiān)聽實現(xiàn)。
sudo apt-get install ros-melodic-turtlle-tf //ros-版本-功能包
roslaunch turtle_tf turtle_tf_demo.launch //.launch啟動腳本文件中的諸多節(jié)點
rosrun turtlesim turtle_teleop_key
rosrun tf view_frames //tf功能包提供的查看系統(tǒng)中所有tf關(guān)系
World坐標(biāo)系:全局坐標(biāo)系,不動。
rosrun tf tf_echo 坐標(biāo)系1 坐標(biāo)系2 //查詢坐標(biāo)關(guān)系
//Translation:平移,旋轉(zhuǎn):四元數(shù)/歐拉角RPY
TF基本的數(shù)據(jù)類型(Quaternion, Vector, Point, Pose, Transform)
TF坐標(biāo)系廣播與監(jiān)聽
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創(chuàng)建功能包
$ cd ~/catkin_ws/src $ catkin_create_pkg learning_tf roscpp rospy tf turtlesim
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TF廣播器:廣播坐標(biāo)系之間的關(guān)系
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定義TF廣播器(TransformBroadcaster)
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創(chuàng)建坐標(biāo)變換值
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發(fā)布坐標(biāo)變換(sendTransform)
/** * 該例程產(chǎn)生tf數(shù)據(jù),并計算、發(fā)布turtle2的速度指令 */ #include <ros/ros.h> #include <tf/transform_broadcaster.h> #include <turtlesim/Pose.h> std::string turtle_name; void poseCallback(const turtlesim::PoseConstPtr& msg) { // 創(chuàng)建tf的廣播器 static tf::TransformBroadcaster br; // 初始化tf數(shù)據(jù) tf::Transform transform; //4x4矩陣 T transform.setOrigin( tf::Vector3(msg->x, msg->y, 0.0) ); //平移參數(shù) tf::Quaternion q; //旋轉(zhuǎn) q.setRPY(0, 0, msg->theta); //姿態(tài)變化 transform.setRotation(q); // 廣播world與海龜坐標(biāo)系之間的tf數(shù)據(jù) StampedTransform(變換矩陣,時間戳,坐標(biāo)系1,坐標(biāo)系2) br.sendTransform(tf::StampedTransform(transform, ros::Time::now(), "world", turtle_name)); } int main(int argc, char** argv) { // 初始化ROS節(jié)點 ros::init(argc, argv, "my_tf_broadcaster"); // 輸入?yún)?shù)作為海龜?shù)拿? if (argc != 2) { ROS_ERROR("need turtle name as argument"); return -1; } turtle_name = argv[1]; // 訂閱海龜?shù)奈蛔嗽掝} ros::NodeHandle node; ros::Subscriber sub = node.subscribe(turtle_name+"/pose", 10, &poseCallback); // 循環(huán)等待回調(diào)函數(shù) ros::spin(); return 0; };
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TF監(jiān)聽器:獲取任意兩個坐標(biāo)系之間關(guān)系
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定義TF監(jiān)聽器 TransformListener
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查找坐標(biāo)變換 waitForTransform、lookupTransform
/** * 該例程監(jiān)聽tf數(shù)據(jù),并計算、發(fā)布turtle2的速度指令 */ #include <ros/ros.h> #include <tf/transform_listener.h> #include <geometry_msgs/Twist.h> #include <turtlesim/Spawn.h> int main(int argc, char** argv) { // 初始化ROS節(jié)點 ros::init(argc, argv, "my_tf_listener"); // 創(chuàng)建節(jié)點句柄 ros::NodeHandle node; // 請求產(chǎn)生turtle2 ros::service::waitForService("/spawn"); ros::ServiceClient add_turtle = node.serviceClient<turtlesim::Spawn>("/spawn"); turtlesim::Spawn srv; add_turtle.call(srv); // 創(chuàng)建發(fā)布turtle2速度控制指令的發(fā)布者 ros::Publisher turtle_vel = node.advertise<geometry_msgs::Twist>("/turtle2/cmd_vel", 10); // 創(chuàng)建tf的監(jiān)聽器 tf::TransformListener listener; ros::Rate rate(10.0); while (node.ok()) { // 獲取turtle1與turtle2坐標(biāo)系之間的tf數(shù)據(jù) tf::StampedTransform transform;//保存平移旋轉(zhuǎn)關(guān)系 try { // waitForTransform(坐標(biāo)系1,坐坐標(biāo)系2,查詢(當(dāng)前)時間,等待時間)如果存在關(guān)系則程序往下走 listener.waitForTransform("/turtle2", "/turtle1", ros::Time(0), ros::Duration(3.0)); // lookupTransform(坐標(biāo)系1,坐標(biāo)系2,查詢時間,結(jié)果保存于) listener.lookupTransform("/turtle2", "/turtle1", ros::Time(0), transform); } catch (tf::TransformException &ex) { ROS_ERROR("%s",ex.what()); ros::Duration(1.0).sleep(); continue; } // 根據(jù)turtle1與turtle2坐標(biāo)系之間的位置關(guān)系,發(fā)布turtle2的速度控制指令 geometry_msgs::Twist vel_msg; vel_msg.angular.z = 4.0 * atan2(transform.getOrigin().y(), transform.getOrigin().x()); vel_msg.linear.x = 0.5 * sqrt(pow(transform.getOrigin().x(), 2) + pow(transform.getOrigin().y(), 2)); turtle_vel.publish(vel_msg); rate.sleep(); } return 0; };
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編譯
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編譯成可執(zhí)行文件 add_executable
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添加鏈接 target_link_libraries
$ cd ~/catkin_ws $ catkin_make $ source devel/setup.bash $ roscore $ rosrun turtlesim turtlesim_node $ rosrun learning_tf turtle_tf_broadcaster __name:=turtle1_tf_broadcaster /turtle1 #重映射,重新命名 $ rosrun learning_tf turtle_tf_broadcaster __name:=turtle2_tf_broadcaster /turtle2 $ rosrun learning_tf turtle_tf_listener $ rosrun turtlesim turtle_teleop_key
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launch啟動文件的使用方法
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launch文件:通過XML文件實現(xiàn)多節(jié)點的配置和啟動??焖賳庸?jié)點,不用打開終端輸入。(自動啟動ROS Master)
常用語法:
<launch> launch文件中的根元素采用<launch>標(biāo)簽定義</launch> <node> 啟動節(jié)點 <node pkg="package-name" type="executable-name" name="node-name" /> pkg:節(jié)點所在功能包名稱 type:節(jié)點的可執(zhí)行文件名稱 name:節(jié)點運行時的名稱 會取代文件中初始化的節(jié)點名,同文件多命名以實現(xiàn)該程序的多次利用 output:節(jié)點是否要打印日志信息 respawn:如果節(jié)點掛掉是否要進行重啟 required:某個節(jié)點是否必須要啟動 ns:namespace,避免命名沖突 args:輸入?yún)?shù) </node> <param> 設(shè)置ROS運行中的一個參數(shù),存儲在參數(shù)服務(wù)器中 <param name="output_frame" value="odom"/> name:參數(shù)名 value:參數(shù)值 </param> <rosparam>加載參數(shù)文件中的多個參數(shù) <rosparam file="params.yaml" command="load" ns="params" /> </rosparam> <arg> launch文件內(nèi)部的局部變量,僅限于launch文件使用 <arg name="arg-name" default="arg-value" /> name:參數(shù)名 value:參數(shù)值 </arg> 調(diào)用 <!-- <param name="foo" value=$(arg arg-name)" /> <node name="node" pkg="package" type="type" args="$(arg arg-name)" /> --> <remap>重映射ROS計算圖資源的命名 <remap from="/turtlebot/cmd_vel" to="/cmd_vel" /> from :原命名 to:映射之后的命名 </param> <include>包含其他launch文件,類似于C語言中的頭文件包含 <include flle="$(dirname)/other.launch" /> file:包含的其他launch文件路徑 </include>
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示例:開啟兩個node節(jié)點
<launch> <node pkg="learning_topic" type="person_subscriber" name="talker" output="screen" /> <node pkg="learning_topic" type="person_publisher" name="listener" output="screen" /> </launch> 開啟功能包下的可執(zhí)行文件的某某節(jié)點并于終端輸出日志
開啟launch
$ roslaunch 功能包 .launch
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示例:配置參數(shù)
<launch> <param name="/turtle_number" value="2"/> <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="turtlesim_node"> <param name="turtle_name1" value="Tom"/> <param name="turtle_name2" value="Jerry"/> <rosparam file="$(find learning_launch)/config/param.yaml" command="load"/> </node> <node pkg="turtlesim" type="turtle_teleop_key" name="turtle_teleop_key" output="screen"/> </launch> $(find learning_launch)系統(tǒng)搜索功能包
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示例:啟動海龜跟隨
<launch> <!-- Turtlesim Node--> <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="sim"/> <node pkg="turtlesim" type="turtle_teleop_key" name="teleop" output="screen"/> <node pkg="learning_tf" type="turtle_tf_broadcaster" args="/turtle1" name="turtle1_tf_broadcaster" /> <node pkg="learning_tf" type="turtle_tf_broadcaster" args="/turtle2" name="turtle2_tf_broadcaster" /> <node pkg="learning_tf" type="turtle_tf_listener" name="listener" /> </launch>
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示例:重映射以及include
<launch> <include file="$(find learning_launch)/launch/simple.launch" /> 啟動這個launch文件所有內(nèi)容 <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="turtlesim_node"> <remap from="/turtle1/cmd_vel" to="/cmd_vel"/> </node> </launch>
可視化工具
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Qt工具箱
- rqt_console日志輸出工具
- rqt_graph計算圖可視化工具
- rqt_plot數(shù)據(jù)繪圖工具
- rqt_image_view圖像渲染工具
- rqt工具箱
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Rviz:數(shù)據(jù)顯示平臺文章來源:http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-484191.html
rosrun rviz rviz
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Gazebo:三維仿真平臺文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-484191.html
到了這里,關(guān)于ROS入門21講 | ROS機器人入門教程 【簡明筆記】的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容,請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章,希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)!