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ROS2安装及基础知识介绍

2022-07-06 06:35:00 【小白典】

ros介绍

ROS（Robot Operating System） 是一个开源的机器人操作系统，ROS系统是由大量节点组成，其中任何一个节点都可以通过发布/订阅的方式与其他节点进行通信。举个栗子，机器人上的一个位置传感器中的雷达单元就可以作为ROS的一个节点，其可以以信息流的方式发布雷达获取的信息，发布的信息可以被其他节点如导航单元、路径规划单元等获取，导航和路径规划单元等本身也是一个节点，同样以信息流的方式把各自获取的信息发布出去，供其它节点使用

ros2安装

本次是在Ubuntu 22.04系统上安装ros2的humble版

  1. 设置终端的编码格式

    sudo apt update && sudo apt install locales -y
sudo locale-gen en_US en_US.UTF-8
sudo update-locale LC_ALL=en_US.UTF-8 LANG=en_US.UTF-8
export LANG=en_US.UTF-8

  2. 启用Universe存储库

    sudo apt install software-properties-common
sudo add-apt-repository universe

  3. 添加源

    先更新软件并下载安装curl、gnupg和lsb-release

    sudo apt update && sudo apt install curl gnupg lsb-release -y

    获取源的密钥并保存到指定目录，只有本地有此GPG密钥才能下载安装ros2的软件

    sudo curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.key -o /usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg

    此处遇到报错Failed to connect to raw.githubusercontent.com port 443 after 17 ms: Connection refused，解决办法如下：

    1. 访问此网址查看raw.githubusercontent.com域名对应的IP地址，查看DNS Resource Records中的信息

    2. 在终端执行命令sudo vi /etc/hosts，打开hosts文件

    3. 选择一项，将IP和域名添加到hosts文件中，如：185.199.108.133 raw.githubusercontent.com

      再次执行命令就不会报错啦

  4. 添加软件源并更新索引

    echo "deb [arch=$(dpkg --print-architecture) signed-by=/usr/share/keyrings/ros-archive-keyring.gpg] http://packages.ros.org/ros2/ubuntu $(source /etc/os-release && echo $UBUNTU_CODENAME) main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/ros2.list > /dev/null

  5. 安装ros2包

    先更新系统软件

    sudo apt update && sudo apt upgrade -y

    安装ros2，版本是humble桌面版，此安装耗时较长，请耐心等待，若有报错基本是网络问题，请自行排查

    sudo apt install ros-humble-desktop -y

  6. 设置环境

    目的是让操作系统知道ros2安装到哪里了，使用source命令或.命令，加载环境信息

    source /opt/ros/humble/setup.bash或. /opt/ros/humble/setup.bash

    此命令只能在当前终端生效，重开终端需要再次执行，可以将此命令添加到.bashrc文件中就不需要每次都执行啦，开机系统就能识别ros2命令

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

  7. 验证ros2安装完成

    ros2提供了C++和python的demo，在终端执行以下命令，作为发布者

    ros2 run demo_nodes_cpp talker

    打开另一个终端，作为监听者执行以下命令

    ros2 run demo_nodes_py listener

    listener能看到talker不断发布的消息，说明ros2安装成功

ros2的核心概念

  • 工作空间（Workspace）：项目所在地

  • 功能包（Package）：所开发的各个功能模块存放地

  • 节点（Node）：机器人的工作细胞，用于创建发布者、订阅者、服务等

  • 话题（Topic）：节点间传递数据的桥梁

  • 服务（Service）：节点间的你问我答，由一对消息组成(请求和回复)

  • 通信接口（Interface）：数据传递的标准结构

  • 参数（Parameter）：机器人系统的全局字典

  • 动作（Action）：完整行为的流程管理

  • 分布式通信（Distributed Communication）：多计算平台的任务分配

  • DDS（Data Distribution Service）：机器人的神经网络

turtlesim和rqt安装及使用

  • turtlesim和rqt介绍

    Turtlesim是用于学习ros2的轻量级模拟器，展示了ros2在基础层面上所做的工作，以便对以后使用真实的机器人或机器人仿真能做什么有所了解

    rqt是ros2的图形界面(GUI)工具，命令行中能完成的事情rqt中也都能做到，rpt提供了一种更简洁、更友好的方式来处理ros2的元素

  • turtlesim和rqt安装

    执行以下命令安装turtlesim和rqt

    sudo apt update
sudo apt install ros-humble-turtlesim ~nros-humble-rqt* -y

  • 启动turrlesim

    执行下面命令会出现模拟器窗口，随机显示一个小海龟

    ros2 run turtlesim turtlesim_node

  • 使用turrlesim

    上一个终端不要关闭，打开一个新的终端，执行命令

    ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

    然后，在此终端点击键盘上的方向键就可以让小海龟动起来啦

    以上两个终端不要关闭，再次打开一个新终端，现已打开3个终端，在新终端执行以下命令可以查看当前使用的节点、话题、服务和动作

    ros2 node list		# 查看节点列表
ros2 topic list		# 查看话题列表
ros2 service list	# 查看服务列表
ros2 action list	# 查看动作列表

  • 启动rqt

    终端输入rqt，即可打开rqt窗口

  • 通过rqt发布话题消息

    选择菜单栏中的Plugins → Topics → Message Publisher，调用/turtle1/cmd_vel服务中的geometry_msgs/msg/Twist类型，修改线速度和角速度，然后将话题发出去，小海龟就会根据设定的值移动位置，如下图所示

  • 通过命令发布话题消息

    让小海龟运动可以使用命令行操作，命令如下，rate参数可以理解为1秒执行一次，默认也是1秒，可以添加参数--once只执行一次，否则该命令会一直执行，不停画圈

    ros2 topic pub -r 1 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear:{x: 3.0,y: 0.0,z: 0.0},angular:{x: 0.0,y: 0.0,z: 2.2}}"

  • 通过rqt调用/spawn服务创建小海龟

    选择菜单栏中的Plugins → Services → Service Caller，调用/spawn服务可以创建一个新的小海龟，设置小海龟出现的位置、角度和名称，点击【Call】在 turtlesim 窗口就会显示一个新的小海龟，如下图所示

  • 通过命令调用/spawn服务创建小海龟

    同样可以使用命令进行操作，命令如下

    ros2 service call /spawn turtlesim/srv/Spawn "{x: 3,y: 2,theta: 0.5,name: "test"}"

    小海龟名称可为空，默认的一只小海龟名称是turtle1，若为空，新增小海龟名称则为turtle2……

克隆示例项目

  1. 创建工作区

    mkdir -p ~/dev_ws/src && cd ~/dev_ws/src # 创建并进入工作区

  2. 将小海龟项目克隆到该工作区内

    sudo apt install git -y
sudo git clone https://github.com/ros/ros_tutorials.git -b humble

  3. 解决依赖关系

    cd .. # 不要停留在src目录下，先返回到dev_ws目录
sudo apt install python3-rosdep2 -y	# 安装python3-rosdep2
rosdep update	# 初始化rosdep

    遇到报ERROR: unable to process source [https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/rosdep/osx-homebrew.yaml]，还是网络原因造成的，解决办法如下：

    1. 连接手机热点

    2. 在终端执行命令

      sudo vim /etc/ros/rosdep/sources.list.d/20-default.list

    3. 在原url前加上https://ghproxy.com/，如下所示

      yaml https://ghproxy.com/https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/rosdep/osx-homebrew.yaml osx
yaml https://ghproxy.com/https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/rosdep/base.yaml
yaml https://ghproxy.com/https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/rosdep/python.yaml
yaml https://ghproxy.com/https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/rosdep/ruby.yaml
gbpdistro https://ghproxy.com/https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/releases/fuerte.yaml fuerte

    4. 然后执行以下命令就可以初始化完成啦！若还是报错，请自行尝试网上其它办法

      sudo apt-get update
rosdep update

    最后执行解决依赖的命令

    rosdep install -i --from-path src --rosdistro humble -y

    出现All required rosdeps installed successfully即表示完成

colcon构建

colcon是通用构建工具，ros系统虽不推荐但官方文档还是使用了此工具，下面也以此做演示吧，有关构建工具更多信息请查看此文章

安装colcon

sudo apt install python3-colcon-common-extensions

执行以下命令构建工作区中所有的包

colcon build

因为上文已经配置自动加载ros2的环境信息，现需要运行本项目，需在此基础上加载本项目所需环境，构建完成后，打开一个新的终端，执行以下命令

source ~/dev_ws/install/local_setup.sh

此时执行以下命令，启动的就是本地的小海龟

ros2 run turtlesim turtlesim_node

可以通过修改setWindowTitle("TurtleSim")中的窗口名进行验证执行以下命令，修改第52行的窗口名称

vim ~/dev_ws/src/ros_tutorials/turtlesim/src/turtle_frame.cpp

然后重新构建包

colcon build

再次执行以下命令可以看到窗口名称已修改

ros2 run turtlesim turtlesim_node

ros2常用命令

关于操作命令还是要多使用tab键自动补全功能和-h查看帮助文档，以下命令关于可选参数就不介绍了，多查看帮助文档吧！

若没有自动补全功能，是缺少python3-argcomplete安装包导致，执行以下命令后重启终端即可解决

sudo apt-get install python3-argcomplete
含义命令
创建功能包ros2 pkg create --build-type ament_python <package_name>
查看功能包列表ros2 pkg list
查看包内可执行文件列表ros2 pkg executables <package_name>
运行包内的可执行文件ros2 run <package_name> <executable_name>
查看当前活动的节点列表ros2 node list
查看节点详细信息ros2 node info <node_name>
列出当前可使用的主题列表ros2 topic list
查看话题的消息类型ros2 topic type <topic_name>
列出当前可使用的主题列表和类型ros2 topic list -t
查看话题消息类型、发布者和订阅者数量ros2 topic info <topic_name>
根据消息类型查找相关话题ros2 topic find <message_type>
根据header中的时间戳计算消息延迟ros2 topic delay <topic_name>
实时显示当前话题平均发布频率ros2 topic hz <topic_name>
实时显示当前话题的带宽ros2 topic bw <topic_name>
在控制台实时显示话题消息ros2 topic echo <topic_name>
通过命令发布话题消息ros2 topic pub <topic_name> <message_type> <message_content>
查看所有的服务ros2 service list
查看服务类型ros2 service type <service_name>
输出所有的服务及类型ros2 service list -t
列出指定类型的所有服务ros2 service find <service_type>
调用服务ros2 service call <service_name> <service_type>
查看所有动作ros2 action list
查看动作信息ros2 action info <action_name>
查看所有动作和类型ros2 action list -t
发动动作目标ros2 action send_goal <action_name> <action_type> <goal>
查看可用插件的信息ros2 bag list <plugin_type>
记录指定话题的数据ros2 bag record <topic_name>
记录多个话题的数据并自定义文件名ros2 bag record -o <bag_file> <topic_name> <topic_name>……
查看记录信息ros2 bag info <bag_file>
回放记录信息ros2 bag play <bag_file>
查看所有的参数ros2 param list
查看指定参数的值ros2 param get <node_name> <parameter_name>
设置指定参数的值ros2 param set <node_name> <parameter_name> <value>
查看参数详情ros2 param describe <node_name> <parameter_name>
将节点参数转存到yaml文件中ros2 param dump <node_name> --output-dir <dir_name>
加载节点的参数文件ros2 param load <node_name> < parameter_file>
删除参数ros2 param delete <node_name> <parameter_name>
分类显示所有的接口ros2 interface list
查看提供接口的包列表ros2 interface packages
查看包内的接口ros2 interface package <package_name>
查看指定接口详情ros2 interface show <interface_name>
查看指定接口原型ros2 interface proto <interface_name>
通过launch文件一次运行多个节点ros2 launch <package_name> <launch_arguments>

更多功能及操作请查看官方文档吧！

原网站

版权声明
本文为[小白典]所创，转载请带上原文链接，感谢
https://blog.csdn.net/Q0717168/article/details/125490861

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