ROS学习笔记1

1.ROS版本
2.ROS架构
3.ROS与IDE安装
4.Catkin与工作空间
5.ROS的Package结构
6.ROS的常用指令
7.Metapackage
8.Master和Node
9.Topic和msg
10.Service和srv
11.Parameter Server
12.Action
13.Gazebo
14.RViz
15.Rqt
16.Rosbag
17.Client Library

本篇博客是慕课《ROS机器人操作系统入门》的笔记，慕课网址是这里。由于这是我的个人学习笔记，记录的都是我不太熟悉和觉得重要的内容，因此内容不一定很系统以及适合你。想要系统学习推荐上面的视频教程。

1.ROS版本

ROS历史版本

每个ROS版本对应一个Ubuntu版本，如Indigo对应Ubuntu14.04,Kinetic对应Ubuntu16.04。这两个版本也是目前应用最广泛的。推荐Kinetic+Ubuntu16.04搭配。

2.ROS架构

之前想当然以为ROS也是一个操作系统，还是自己写代码在上面跑，和Linux没什么区别，现在觉得有些肤浅了。ROS可以看作是一种中间件，沟通了自己写的代码和真正的操作系统(如Linux)。ROS由四部分组成：框架+工具+功能+社区。

ROS中的节点(Node)=电脑中的进程或可执行文件。ROS是一个模块化、分布式的架构，自带了进程管理和通信的相关功能。因此在开发的时候无需自己考虑进程的并行运行、协同调度等问题，简化了开发。

个人理解ROS就是一个平台，并且也提供了各种“积木”，你可以方便地在这个平台上用这些积木搭建出你想要的东西。很多事情你就不需要重复早轮子，只需要关注你所擅长的内容。了解了ROS之后感觉打开了新世界的大门，原来还可以这么玩的感觉，相见恨晚，之前学的那些零零碎碎的东西感觉被联系整合到了一起。这有点类似于刚学Python的时候用pip零零碎碎装一些包，直到发现了Anaconda这个好用的集成环境。例如ROS里自带的Gazebo、Rviz等可视化工具可以方便而且“酷炫”的进行展示和调试。这也解决了我之前的一个困惑，在SLAM论坛上看那些老师酷炫的三维演示动画，当时还以为是他们完全自己写的，觉得很厉害。现在想想其实只是用了ROS里的可视化组件而已。

3.ROS与IDE安装

关于ROS的安装，基本上直接按照官网安装流程(中文)安装即可，不难。安装完成后终端输入roscore，如果出现如下内容说明安装成功。

教程的示例代码在这里。

推荐IDE：RoboWare Studio，官网是这里，但现在貌似上不去了。Github项目主页是这里，基于VS Code开发。官网打不开的话可以去Github下载deb包自己安装，点击这里去Github下载。

4.Catkin与工作空间

Catkin(中文意思为柳絮))是ROS定制的编译构建系统，是对CMake的扩展。Catkin Workspace则是组织和管理package的文件夹，组织结构如下所示。 src是实际写代码的地方，可以放多个package，如下，其它是系统自动生成的。

package是Catkin编译的基本单元。

catkin_make用于初始化创建空间以及编译项目(常用)，基本操作命令如下。初始化工作空间时，工作空间根目录下必须要有src文件夹，否则会提示没有src文件夹，新建不了。在编译时注意两点：一是要在工作空间的根目录下catkin_make，不然会报错；二是catkin_make之后记得source一下catkin_ws/devel/setup.bash，否则可能会提示找不到可执行文件。

建立工作空间可能会遇到如下问题。提示找不到包，这时候pip install catkin_pkg安装一下就好了。建好的工作空间终端输出如下。

5.ROS的Package结构

中文可叫做功能包，是ROS软件的基本组织形式，是Catkin的基本编译单元。一个package可以包含多个可执行文件(节点)。Package的完整结构如下：

CMakeLists.txt(必须):规定Catkin的编译规则

package.xml(必须):自我描述，定义package的属性信息，如包名、版本、作者等。一般只需要改<build_depend>和<run_depend>就可以了。

scripts:用于存放一些shell或python脚本

include:源代码的头文件

src:源代码，如cpp文件、py文件等

msg:自定义消息格式，*.msg

srv:自定义服务，*.srv

action：自定义动作，*.action

config:参数、设置文件等，如*.yaml

launch:启动规则文件，*.launch，配合roslaunch命令可以一次运行多个可执行文件

6.ROS的常用指令

常用依赖：roscpp、rospy、std_msg、nav_msg等。直接在catkin_create_pkg时在包名后面空格加上即可。

全新新建工作空间终端代码：

mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd catkin_ws
catkin_make

接着在工作空间中新建package：

catkin_create_pkg test roscpp rospy std_msg

这样便建好了一个包。

而对于从Github上clone或下载下来的代码，在建好了工作空间后，可以按照如下方式安装。

cd ~/catkin_ws/src
git clone https://github.com/DroidAITech/ROS-Academy-for-Beginners.git
cd ~/catkin_ws
rosdep install --from-paths src --ignore-src --rosdistro=kinetic -y
catkin_make
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

需要注意的是下载的代码需要放到工作空间的src文件夹下，第二是需要在工作空间根目录下安装包所需的依赖以及CatkinMake。最后别忘了source一下。当然如果嫌麻烦也可以将最后一行添加到~/.bashrc中，在终端中输入echo "source ~/catkin_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc即可。这样每次CatkinMake后，重新打开终端即可。注意最好不要CatkinMake后直接就运行。因为在打开终端时会载入~/.bashrc的内容，但这个时候你还没有CatkinMake，所以你载入的其实是上一次CatkinMake后的结果。当然如果说你的package项目不是第一次编译、名称也没有改变，那么setup.bash中的内容也就没有变，这样CatkinMake前载入也是可以的。

7.Metapackage

可以翻译为“元包”或“虚包”，其本身没有什么内容，只包含有package必备的CMakeLists.txt和package.xml。但它依赖了其它包(在package.xml中指定)，通过这种方式将多个包组合起来。这样做的好处就是在安装的时候就不需要一个个安装，而只安装一个metapackage就可以了。ROS中常见的Metapackage如下：

8.Master和Node

在ROS中，所有的Node都是通过Master管理的，因此如果想启动一个Node，必须先要启动Master(roscore)然后再启动节点(rosrun)。

Master:节点管理器。每个node启动的时候都要向master注册，管理node之间的通信。启动Master的命令是roscore，启动master的同时也会顺带启动rosout(日志输出)和parameter server(参数服务器)。

Node:ROS的进程，package里的可执行文件运行的示例，一般以功能划分。启动Node的命令是rosun [pkg_name] [node_name](必须先启动好master)；也可以以launch文件的方式启动：roslaunch [pkg_name] [*.launch](自动判断master是否运行，没有的话自动启动)，这样可以一次启动多个node。rosnode命令则用于查看和管理node，常用功能如下。

实际项目中，一般将用于启动机器人的包命名成name_bringup，这样在终端输入roslaunch name_bringup name.launch就可以启动机器人了。

9.Topic和msg

Topic:ROS中的异步通信方式，可以看作是一个“频道”，Node之间通过publish-subscribe机制通信，如下所示。一个Topic可以被多个Node订阅，一个Node也可以发布多个Topic，同时一个Topic也可以由多个Node发送，是一种多对多的关系。Topic在代码层面是字符串。