ROS入門-第 1 章 ROS概述與環(huán)境搭建

這篇具有很好參考價(jià)值的文章主要介紹了ROS入門-第 1 章 ROS概述與環(huán)境搭建。希望對(duì)大家有所幫助。如果存在錯(cuò)誤或未考慮完全的地方，請(qǐng)大家不吝賜教，您也可以點(diǎn)擊"舉報(bào)違法"按鈕提交疑問。

第 1 章 ROS概述與環(huán)境搭建

1.1 ROS簡(jiǎn)介

1.1.1 ROS概念

1.1.2 ROS設(shè)計(jì)目標(biāo)

1.1.3 ROS發(fā)展歷程

1.3 ROS快速體驗(yàn)

1.3.1 HelloWorld實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)介

1.3.2 HelloWorld（C++版）

步驟 1：創(chuàng)建工作空間

步驟 2：創(chuàng)建發(fā)布者節(jié)點(diǎn)

步驟 3：創(chuàng)建訂閱者節(jié)點(diǎn)

步驟4：C++版CMakeLists.txt配置

步驟 5：編譯和運(yùn)行

1.3.3 HelloWorld（Python版）

步驟 1：創(chuàng)建工作空間

步驟 2：創(chuàng)建發(fā)布者節(jié)點(diǎn)

步驟 3：創(chuàng)建訂閱者節(jié)點(diǎn)

步驟4：Python版CMakeLists.txt配置

步驟 5：編譯和運(yùn)行

第 1 章 ROS概述與環(huán)境搭建

1.1 ROS簡(jiǎn)介

ROS（Robot Operating System）是一個(gè)開源的機(jī)器人操作系統(tǒng)，旨在為機(jī)器人開發(fā)提供一套強(qiáng)大的工具和框架。它采用分布式計(jì)算模型，允許開發(fā)者構(gòu)建復(fù)雜的機(jī)器人應(yīng)用程序。ROS提供了一系列的庫(kù)、工具和約定，用于簡(jiǎn)化機(jī)器人軟件的開發(fā)、測(cè)試和部署。

1.1.1 ROS概念

節(jié)點(diǎn)（Nodes）：ROS中的基本執(zhí)行單元，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程，可以執(zhí)行特定的任務(wù)。
話題（Topics）：節(jié)點(diǎn)通過話題進(jìn)行異步通信，一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以發(fā)布消息到話題，其他節(jié)點(diǎn)可以訂閱來(lái)接收消息。
服務(wù)（Services）：節(jié)點(diǎn)可以提供服務(wù)，并在其他節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求時(shí)響應(yīng)特定的任務(wù)。
參數(shù)（Parameters）：ROS節(jié)點(diǎn)可以使用參數(shù)來(lái)存儲(chǔ)配置信息，這些參數(shù)可以在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行修改。

1.1.2 ROS設(shè)計(jì)目標(biāo)

ROS的設(shè)計(jì)目標(biāo)著重于以下幾點(diǎn)：

模塊化：ROS鼓勵(lì)開發(fā)者將系統(tǒng)拆分為多個(gè)模塊，每個(gè)模塊都是一個(gè)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)，可以并行開發(fā)和測(cè)試。
重用性：ROS支持代碼和功能的重用，這有助于加快開發(fā)速度。
工具豐富：ROS提供了一系列的工具，包括可視化工具、調(diào)試工具、仿真工具等，用于開發(fā)和調(diào)試機(jī)器人應(yīng)用程序。
分布式計(jì)算：ROS采用分布式計(jì)算模型，允許節(jié)點(diǎn)在不同的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，通過網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行交互。

1.1.3 ROS發(fā)展歷程

ROS從最初的構(gòu)想逐步發(fā)展為一個(gè)廣泛應(yīng)用的機(jī)器人操作系統(tǒng)：

初期階段：ROS最早由斯坦福大學(xué)的人工智能實(shí)驗(yàn)室開發(fā)，作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)性項(xiàng)目。
開源發(fā)布：2007年，ROS作為開源項(xiàng)目發(fā)布，逐漸吸引了全球的機(jī)器人開發(fā)者和研究人員。
發(fā)展壯大：隨著時(shí)間的推移，ROS不斷增加了新的功能、庫(kù)和工具，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)器人領(lǐng)域，如工業(yè)、服務(wù)、農(nóng)業(yè)等。
版本迭代：ROS的不同版本（如Kinetic、Melodic、Noetic等）推出，不斷引入新特性，改進(jìn)性能，提高穩(wěn)定性。

1.3 ROS快速體驗(yàn)

在本章中，我們將通過一個(gè)簡(jiǎn)單的HelloWorld例子來(lái)體驗(yàn)ROS的基本功能和流程。我們將分別使用C++和Python來(lái)實(shí)現(xiàn)HelloWorld示例，以展示ROS在不同編程語(yǔ)言下的使用方法。

1.3.1 HelloWorld實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)介

HelloWorld示例是一個(gè)經(jīng)典的起始點(diǎn)，它幫助我們了解如何創(chuàng)建ROS節(jié)點(diǎn)、發(fā)布消息到話題以及訂閱話題來(lái)接收消息。我們將創(chuàng)建兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，一個(gè)發(fā)布者節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)發(fā)布消息，一個(gè)訂閱者節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收消息。

1.3.2 HelloWorld（C++版）

步驟 1：創(chuàng)建工作空間

首先，在您的工作目錄中創(chuàng)建一個(gè)新的ROS工作空間：

mkdir -p ~/ros_hello_world_ws/src
cd ~/ros_hello_world_ws/src
catkin_init_workspace
cd ..
catkin_make

步驟 2：創(chuàng)建發(fā)布者節(jié)點(diǎn)

在src文件夾下創(chuàng)建一個(gè)新的包并切換到該包：

cd ~/ros_hello_world_ws/src
catkin_create_pkg hello_world_cpp roscpp std_msgs

在src文件夾中創(chuàng)建一個(gè)新的C++文件，例如publisher.cpp，并編寫發(fā)布者節(jié)點(diǎn)的代碼：

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

int main(int argc, char **argv) {
    ros::init(argc, argv, "hello_world_cpp_publisher");
    ros::NodeHandle nh;
    ros::Publisher pub = nh.advertise<std_msgs::String>("hello_topic", 10);

    ros::Rate rate(1);

    while (ros::ok()) {
        std_msgs::String msg;
        msg.data = "Hello, ROS from C++!";
        pub.publish(msg);

        ros::spinOnce();
        rate.sleep();
    }

    return 0;
}

步驟 3：創(chuàng)建訂閱者節(jié)點(diǎn)

在同一包中創(chuàng)建另一個(gè)C++文件，例如subscriber.cpp，并編寫訂閱者節(jié)點(diǎn)的代碼：

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

void messageCallback(const std_msgs::String::ConstPtr &msg) {
    ROS_INFO("Received: %s", msg->data.c_str());
}

int main(int argc, char **argv) {
    ros::init(argc, argv, "hello_world_cpp_subscriber");
    ros::NodeHandle nh;
    ros::Subscriber sub = nh.subscribe("hello_topic", 10, messageCallback);

    ros::spin();

    return 0;
}

步驟4：C++版CMakeLists.txt配置

在C++版的示例中，假設(shè)您的工作空間位于~/ros_hello_world_ws，ROS軟件包的名稱是hello_world_cpp。以下是CMakeLists.txt文件的配置：

cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)
project(hello_world_cpp)

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
  roscpp
  std_msgs
)

catkin_package(
  CATKIN_DEPENDS roscpp std_msgs
)

include_directories(
  include
  ${catkin_INCLUDE_DIRS}
)

add_executable(publisher_node src/publisher.cpp)
target_link_libraries(publisher_node ${catkin_LIBRARIES})

add_executable(subscriber_node src/subscriber.cpp)
target_link_libraries(subscriber_node ${catkin_LIBRARIES})

步驟 5：編譯和運(yùn)行

回到工作空間的根目錄，編譯工作空間并運(yùn)行發(fā)布者和訂閱者節(jié)點(diǎn)：

cd ~/ros_hello_world_ws
catkin_make
source devel/setup.bash

# 啟動(dòng)發(fā)布者節(jié)點(diǎn)
rosrun hello_world_cpp publisher

# 在新的終端中啟動(dòng)訂閱者節(jié)點(diǎn)
rosrun hello_world_cpp subscriber

1.3.3 HelloWorld（Python版）

步驟 1：創(chuàng)建工作空間

同樣，在您的工作目錄中創(chuàng)建一個(gè)新的ROS工作空間（如果您之前沒有創(chuàng)建）：

mkdir -p ~/ros_hello_world_ws/src
cd ~/ros_hello_world_ws/src
catkin_init_workspace
cd ..
catkin_make

步驟 2：創(chuàng)建發(fā)布者節(jié)點(diǎn)

在src文件夾下創(chuàng)建一個(gè)新的包并切換到該包：

cd ~/ros_hello_world_ws/src
catkin_create_pkg hello_world_py rospy std_msgs

在src文件夾中創(chuàng)建一個(gè)新的Python文件，例如publisher.py，并編寫發(fā)布者節(jié)點(diǎn)的代碼：

#!/usr/bin/env python

import rospy
from std_msgs.msg import String

def publisher():
    pub = rospy.Publisher('hello_topic', String, queue_size=10)
    rospy.init_node('hello_world_py_publisher', anonymous=True)
    rate = rospy.Rate(1)

    while not rospy.is_shutdown():
        msg = "Hello, ROS from Python!"
        rospy.loginfo(msg)
        pub.publish(msg)
        rate.sleep()

if __name__ == '__main__':
    try:
        publisher()
    except rospy.ROSInterruptException:
        pass

步驟 3：創(chuàng)建訂閱者節(jié)點(diǎn)

在同一包中創(chuàng)建另一個(gè)Python文件，例如subscriber.py，并編寫訂閱者節(jié)點(diǎn)的代碼：

#!/usr/bin/env python

import rospy
from std_msgs.msg import String

def callback(data):
    rospy.loginfo("Received: %s", data.data)

def subscriber():
    rospy.init_node('hello_world_py_subscriber', anonymous=True)
    rospy.Subscriber('hello_topic', String, callback)
    rospy.spin()

if __name__ == '__main__':
    subscriber()

步驟4：Python版CMakeLists.txt配置

在Python版的示例中，假設(shè)您的工作空間位于~/ros_hello_world_ws，ROS軟件包的名稱是hello_world_py。以下是CMakeLists.txt文件的配置：

cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)
project(hello_world_py)

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
  rospy
  std_msgs
)

catkin_package(
  CATKIN_DEPENDS rospy std_msgs
)

include_directories(
  include
  ${catkin_INCLUDE_DIRS}
)

catkin_install_python(PROGRAMS
  scripts/publisher.py
  scripts/subscriber.py
  DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION}
)

步驟 5：編譯和運(yùn)行

回到工作空間的根目錄，編譯工作空間并運(yùn)行發(fā)布者和訂閱者節(jié)點(diǎn)：

cd ~/ros_hello_world_ws
catkin_make
source devel/setup.bash

# 啟動(dòng)發(fā)布者節(jié)點(diǎn)
rosrun hello_world_py publisher.py

# 在新的終端中啟動(dòng)訂閱者節(jié)點(diǎn)
rosrun hello_world_py subscriber.py

ROS入門-第 1 章 ROS概述與環(huán)境搭建,ROS入門,c++,ros,python