【古月21讲】ROS入门系列（1）——ROS命令工具的使用及创建工作空间和功能包

1、运行海龟仿真器证明ROS安装成功

运行海龟仿真器共分为三步，如下：

1. 启动ROS Master

   roscore
   

2. 启动小海龟仿真器

   rosrun turtlesim turtlesim_node 
   

3. 启动海龟控制节点

   rosrun turtlesim turtle_teleop_key 
   

注：这三行代码需要在三个终端中分别输入，若ROS安装成功，则可以通过键盘的方向键控制小海龟的运动。另外需要注意的是，在控制海龟运动时要保证自己在启动海龟控制节点（即第三步）这个终端，否则是无法控制的（自己吃过这个亏）。现把控制海龟运动的结果展示，如下图所示：

2、ROS命令行工具的使用

​ 看到这里，那么你的ROS肯定是安装成功了。我们可以通过键盘控制小海龟上下左右的移动了！！！感觉有点神奇，但是不是也存在一些疑惑呢，这几行命令怎么就能控制海龟了呢，ROS系统到底是怎么实现这一个效果的呢？下面就利用一些ROS的命令解释海龟仿真器的具体实现。

​ 首先还是先来介绍一些ROS中相关的一些概念：

• [x] 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上

  • 节点在系统中的名称必须是唯一的

• [x] 节点管理器（ROS Master）——控制中心

  • 为节点提供命名和注册服务
  • 跟踪和记录话题/服务通信，辅助节点互相查找、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

• [x] 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

• [x] 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，编译过程生成对应的代码文件

• [x] 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结构，编译过程中生成对应的代码文件

​ 第一次看这些概念肯定不能完全看懂，后面通过一步步的实践慢慢理解！！！下面正式通过一些命令来解释海龟仿真器的实现过程。

• rqt_graph

可以看出现在系统中有两个运行的节点（/teleop_turtle【键盘控制节点】和/turtlesim【仿真器节点】）和一个话题（/turtle1/cmd_vel）。

• rosnode list 查看节点列表

  这行代码可以查看系统中的节点，运行上述代码结果如下：

  

  可以看出，运行上述代码后会显示两个和运行rqt_graph一样的节点，但是还多出一个节点，这个节点是默认启动roscore就会存在的，这里可以不予理会。

• rostopic list 查看话题列表

  这行代码可以查看系统中的话题，运行上述代码结果如下：

  

  可以看出系统订阅了上图中话题，其中/turtle1/cmd_vel话题就是控制小海龟运动的。之前我们是通过键盘控制海龟运动，现在可以通过发布话题实现小海龟的运动，命令如下：

  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: 1.0" 
  

  上述命令中-r 10表示以每秒10次的频率发布话题，（若无-r 10，则小海龟运动一段距离后就会停下）geometry_msgs/Twist表示消息结构，其后面的内容是具体数据（包括角速度、线速度）。运行上述代码的结果如下：小海龟做圆周运动。

  

• rosservice list 查看服务列表

  

• rosservice call /spawn "x: 3.0
  y: 3.0
  theta: 0.0
  name: 'turtle2'" 
  

  上述代码发布服务请求，生成一个坐标在（3，3）位置的海龟turtle2，运行结果如下：

  

产生turtle2后，我们可以再次使用rostopic list 来查看话题列表，会发现话题变多了，同样我们也可以发布话题来控制海龟2的运动。

• rosmsg show +消息类型 显示消息结构

3、创建工作空间和功能包

​ 工作空间是一个存放工程开发相关文件的文件夹，其下有四个文件夹，如下：

• src： 代码空间（Source Space）

• build： 编译空间（Build Space）

• devel： 开发空间（Development Space）

• install：安装空间（Install Space）

  创建工作空间步骤

  1. 创建工作空间

     mkdir ~/catkin_ws
     cd catkin_ws
     mkdir src
     cd src
     catkin_init_workspace
     

  2. 编译工作空间

     cd ~/catkin_ws
     catkin_make
     catkin_make install
     

  3. 设置环境变量

     source devel/setup.bash
     

     **注：**若不想每次都设置环境变量，可将下面代码复制到.bashrc文件中，该文件为主目录下的隐藏文件（显示隐藏文件：ctrl+H）

     source /home/wsj/catkin_ws/devel/setup.bash
     

     

  4. 检查环境变量

     echo $ROS_PACKAGE_PATH
     

     

创建功能包步骤：

​

1. 创建功能包

   cd ~/catkin_ws/src
   catkin_create_pkg test_pkg std_msgs rospy roscpp
   //test_pkg为功能包名，std_msgs rospy roscpp为三个依赖
   

2. 编译功能包

   cd ~/catkin_ws
   catkin_make
   source  ~/catkin_ws/devel/setup.bash
   

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