ROS相关知识

做毕设用到了ROS，这里记录ROS相关知识；

语言基于Python，因为C++短时间学不起来，Python的话还能懂一些；

工作空间构建

创建一个新的文档夹我们创建一个新的文档夹作为新的工作空间的开始给每个新的工作空间创建一个新的文档夹是一个好习惯，取上面名字无关紧要，但是最好能从这个名字上看出这个工作空间是干什么的，例如main_ws，(主要工作空间)：

mkdir main_ws

将功能包放入src也是一个比较好的习惯，我们创建一个工作空间同时创建一个src文档夹，然后进入这个文档夹内：

mkdir main_ws/src
cd main_ws/src

与ROS1不同，ROS2的工作空间并不需要init；

自定义包

如何在ROS2中创建一个功能包呢？我们可以使用这个指令：

$ ros2 pkg create --build-type

在ros2命令中：

pkg：表示功能包相关的功能；
create：表示创建功能包；
build-type：表示新创建的功能包是C++还是Python的，如果使用C++或者C，那这里就跟ament_cmake，如果使用Python，就跟ament_python；
package_name：新建功能包的名字。

比如在终端中分别创建C++和Python版本的功能包：

cd ~/main_ws/src
ros2 pkg create --build-type ament_cmake learning_pkg_c               # C++
ros2 pkg create --build-type ament_python learning_pkg_python # Python

对于Python包：

只需要进到构建的包文件夹中，进入与上一层文件夹名字相同的包中即可，然后写入源文件；

c74bd28eec8ebcb6aba8146b743cc0e

然后修改package.xml文件：

from setuptools import setup

package_name = 'serial_test'

setup(
    name=package_name,
    version='0.0.0',
    packages=[package_name],
    data_files=[
        ('share/ament_index/resource_index/packages',
            ['resource/' + package_name]),
        ('share/' + package_name, ['package.xml']),
    ],
    install_requires=['setuptools'],
    zip_safe=True,
    maintainer='xioafei',
    maintainer_email='2253770787@qq.com',
    description='TODO: Package description',
    license='TODO: License declaration',
    tests_require=['pytest'],
    entry_points={
        'console_scripts': [
         'interface_object_pub  = serial_test.interface_object_pub:main',
        #  'interface_object_sub  = serial_test.interface_object_sub:main',
        ],
    },
)

编译功能包

在创建好的功能包中，我们可以继续完成代码的编写，之后需要编译和配置环境变量，才能正常运行：

cd ~/main_ws  #在工作空间的根目录编译
colcon build  #编译工作空间所有功能包
colcon build --packages-select 包名#编译特定的包

编译成功后，需要source一下，才能让ros识别到这个包：

注意，最好新开一个终端，而不是在当前终端；

source install/local_setup.bash

关于sourceros1和ros2有很大的不同，在install目录下会有local_setup 和setup两个文档。local_setup只会把当前工作空间中的可用包添加到环境当中，setup则会把新建该工作空间时候的底层的工作空间也加入到环境当中，这样就可用同时使用两个工作空间中的包；因此，先sourceROS2安装时系统的setup，然后再source main_ws的local_setup，和source main_ws的setup的效果是相同的，应为main_ws这个工作空间的创建时的底层就是系统的setup；对于存在多个工作空间的情况这种区别就会体现出来，官网对于新的工作空间叫overlay，也就是这个一个每个工作空间之间是存在覆盖累计的情况；个人推荐首先source系统，然后对于自己创建的工作空间选择local_setup这样就会减少自己创建的多个工作空间之间的干扰。这解决了ros1上一个很头疼的问题；

自定义数据类型

在ROS2中定义接口，需要编写一个接口文档，该文档后缀为msg、srv、action

在接口文档中定义通信过程中所使用的数据类型和数据名称；

数据类型有哪些呢？

原始的数据类型只有九类，其中每一个都可以在后面加上[]将其变成数组形式（从一个变成多个）

bool
byte
char
float32, float64
int8, uint8
int16, uint16
int32, uint32
int64, uint64
string

使用以下命令可以查看数据组成：

ros2 interface show point_msgs/msg/Ds18b20

21fb0b5056d999039b2da8da0bb9799

如何自定义数据类型呢？

对于话题接口的定义：

你会、在包里面创建定制化的.msg和.srv文档，并且它们可在别的包内使用．所涉及的包应该放到同一工作空间下面．

建立一个新的包：

ros2 pkg create --build-type ament_cmake tutorial_interfaces

tutorial_interfaces是新包的名字．注意这是一个CMake类型的包；在单纯python包里面，目前是没有办法生成.msg或者.srv文档的．在CMake型包里面，你可以创建定制化接口，然后在python型节点中使用；

在一个包中，最后是让.msg 和.srv放在各自文档目录比较好．在目录main_ws/src/tutorial_interfaces创建文档夹：

mkdir msg
mkdir srv

在刚刚创建的tutorial_interfaces/msg文档目录，新建一个名字为Ds18b20.msg的文档，里面放着声明数据结构的一行代码：

int32 temp1      # 表示第1个温度
int32 temp2      # 表示第2个温度
int32 temp3      # 表示第1个温度
int32 temp4      # 表示第2个温度
int32 temp5      # 表示第1个温度
int32 temp6      # 表示第2个温度
int32 temp7      # 表示第1个温度
int32 temp8      # 表示第2个温度

将八个32位整数称为temp1~8，这就是你的定制化消息；

3.3 CMakeLists.txt 为了将你定义的接口转为特定语言代码（如c++和python）,使得这些接口可在这些语言里被使用，(为了达到这个目地你)

参考CMakeLists.txt文档：

cmake_minimum_required(VERSION 3.8)
project(point_msgs)

# Default to C99
if(NOT CMAKE_C_STANDARD)
  set(CMAKE_C_STANDARD 99)
endif()

# Default to C++14
if(NOT CMAKE_CXX_STANDARD)
  set(CMAKE_CXX_STANDARD 14)
endif()

if(CMAKE_COMPILER_IS_GNUCXX OR CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "Clang")
  add_compile_options(-Wall -Wextra -Wpedantic)
endif()

# find dependencies
find_package(ament_cmake REQUIRED)
# uncomment the following section in order to fill in
# further dependencies manually.
# find_package( REQUIRED)
find_package(rosidl_default_generators REQUIRED)

rosidl_generate_interfaces(${PROJECT_NAME}
  "msg/Ds18b20.msg"
 )

if(BUILD_TESTING)
  find_package(ament_lint_auto REQUIRED)
  # the following line skips the linter which checks for copyrights
  # uncomment the line when a copyright and license is not present in all source files
  #set(ament_cmake_copyright_FOUND TRUE)
  # the following line skips cpplint (only works in a git repo)
  # uncomment the line when this package is not in a git repo
  #set(ament_cmake_cpplint_FOUND TRUE)
  ament_lint_auto_find_test_dependencies()
endif()

ament_package()

参考package.xml文档：


  point_msgs
  0.0.0
  TODO: Package description
  xioafei
  TODO: License declaration

  ament_cmake

  ament_lint_auto
  ament_lint_common

  rosidl_default_generators
  rosidl_default_runtime
  rosidl_interface_packages

    ament_cmake

既然你定制化接口包的组成部分都齐了，那可以编译这个包了．在工作空间根目录（~/main_ws）下，运行下面指令：

colcon build --packages-select tutorial_interfaces

现在，这些接口可以被ros2包找到了；

在新终端，main_ws工作空间运行下面指令来source一下（该空间环境变量）：

source ./install/setup.bash

现在使用ros2 interface show指令来确认你的创建的接口可以使用了．

ros2 interface show tutorial_interfaces/msg/Ds18b20

应该返回：

int32 temp1      # 表示第1个温度
int32 temp2      # 表示第2个温度
int32 temp3      # 表示第1个温度
int32 temp4      # 表示第2个温度
int32 temp5      # 表示第1个温度
int32 temp6      # 表示第2个温度
int32 temp7      # 表示第1个温度
int32 temp8      # 表示第2个温度

通过发布话题发布自定义数据

参考源码：

import rclpy                                     # ROS2 Python接口库
from rclpy.node import Node                      # ROS2 节点类
from std_msgs.msg import String                  # 字符串消息类型

from point_msgs.msg import Ds18b20  # 自定义的温度消息

"""
创建一个发布者节点
"""
class PublisherNode(Node):

    def __init__(self, name):
        super().__init__(name)                                    # ROS2节点父类初始化
        self.pub = self.create_publisher(Ds18b20, "Ds18b20_temperature", 100)# 创建发布者对象（消息类型、话题名、队列长度）
        self.timer = self.create_timer(0.1, self.timer_callback)  # 创建一个定时器（单位为秒的周期，定时执行的回调函数）

    def timer_callback(self):                                     # 创建定时器周期执行的回调函数
        temp = Ds18b20()
        temp.temp1= int(1)
        temp.temp2= int(2)
        temp.temp3= int(3)
        temp.temp4= int(4)
        temp.temp5= int(5)
        temp.temp6= int(6)
        temp.temp7= int(7)
        temp.temp8= int(8)
        self.pub.publish(temp)                              # 发布目标位置
        self.get_logger().info('Publishing: "%d"' % temp.temp1) # 输出日志信息，提示已经完成话题发布

def main(args=None):                                 # ROS2节点主入口main函数
    rclpy.init(args=args)                            # ROS2 Python接口初始化
    node = PublisherNode("interface_object_pub")     # 创建ROS2节点对象并进行初始化
    rclpy.spin(node)                                 # 循环等待ROS2退出
    node.destroy_node()                              # 销毁节点对象
    rclpy.shutdown()                                 # 关闭ROS2 Python接口

通过以下命令验证：

ros2 topilist
ros2 topic echo /DS18B20N8_temperature

b7a3df73fa89d76109f092488de53e4

通过订阅话题订阅自定义数据

参考源码：

ROS2 TurtleBot3

主机和树莓派的ROS_DOMAIN_ID要设置的一样才可以；

export ROS_DOMAIN_ID=30 #TURTLEBOT3

装ROS2 TurtleBot3 的包只需要：

sudo apt install ros-galatic-turtlebot3-*

其他的包也是类似；

[TurtleBot] 启动小车

ros2 launch turtlebot3_bringup robot.launch.py

[Remote PC] 运行键盘控制节点

ros2 run turtlebot3_teleop teleop_keyboard

[Remote PC] 启动Rviz

ros2 launch turtlebot3_bringup rviz2.launch.py

[Remote PC] 查看话题

$ ros2 topic list
/battery_state
/cmd_vel
/imu
/joint_states
/magnetic_field
/odom
/parameter_events
/robot_description
/rosout
/scan
/sensor_state
/tf
/tf_static

[Remote PC] 查看服务

ros2 service list

GAZEBO仿真

用自己做的模型替代例子包中的文件

注意点：

1、串口设备和激光雷达设备串口会干扰，且好像激光雷达默认串口ttyUSB0，因此要在开机时或者运行launch.py前拔掉自己的串口设备；

2、ros2 run nav2_map_server map_saver -f ~/map修改为：

ros2 run nav2_map_server map_saver_server -f ~/map

工作空间构建#

自定义包#

编译功能包#

自定义数据类型#

通过发布话题发布自定义数据#

通过订阅话题订阅自定义数据#

ROS2 TurtleBot3#

GAZEBO仿真#

注意点：#