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一. 工作空间

1.1 工作空间的概念

workspace：存放工程文件的文件夹

1.2 创建工作空间

# 创建文件夹
mkdir -p ~/wheeltec/src
# 进入文件夹
cd ~/wheeltec/src
# 初始化工作空间
catkin_init_workspace

1.3 编译工作空间

# 返回上一级路径
cd ..
# 编译工作空间
catkin_make


# 编译单独功能包
catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES="package_name"
# 自定义编译线程
catkin_make -j -1

如果编译单独的功能包之后，再使用catkin_make 的时候，仍默认编辑上一种单独的功能包。当我们想去编译整个功能包时，需要将packge_name 设定为空。

1.4 设置环境变量

  • 添加局部的环境变量，如果roslauch指令在另外一个终端执行会失效。
# 添加环境变量
source devel/setup.bash
# 查看ROS的环境变量
echo $ROS_PACKAGE_PATH
# 然后再运行
roslauch xxx.launch

  • 添加全局的环境变量
# 编辑 .bashrc文件
cd ~
nano .bashrc


source ..../devel/setup.bash
source .bashrc

二. 功能包

2.1 功能包的概念

2.2 功能包的内容

  • include： .h文件
  • src ：.cpp文件
  • launch： launch文件，启动
  • urdf ：.urdf文件，rviz工具中三维模型的一个描述性文件
  • config： 参数文件，yaml，srv，msg，action
  • scripts： 可执行脚本文件（Python）
  • CMakeLists.txt ：定义编译的规则
  • package.xml ： 定义package的属性

2.3 创建功能包

# 创建功能包
catkin_create_pkg <package_name> [depend1] [depend2] [depend3]
# 实例
catkin_create_pkg new_package std_msgs rospy roscpp

三. CMakeLists.txt

3.1 CMakeLists.txt文件的作用

定义编译规则的文件

cmakelists的wiki网址

3.2 最常用的cmakelists宏

  • cmake_minimum_required() CMake版本
  • project() 项目名称
  • find_package() 添加依赖
  • catkin_package() 编译生成信息导出
  • add_executable() 生成可执行文件
  • target_link_libraries()可执行文件链接到库

3.3 其他的cmakelists宏

  • add_message_files() 添加话题消息类型文件
  • add_service_files() 添加服务消息类型文件
  • add_action_files() 添加行为消息类型文件
  • generate_messages() 生成消息文件
  • include_directories() 添加头文件路径
  • install() 安装规则
  • add_dependencies() 添加依赖项
  • add_library() 生成自定义的库

四. package.xml

4.1 package.xml文件的作用

功能包的描述信息

4.2 必要的package.xml标签

<package format="2"> 根标签
...
</package>

<name> 包名
<license> 开源许可
<maintainer> 维护者
<description> 描述
<version> 版本号

五. Launch文件和参数服务器

5.1 Launch标签总览

Launch文件：可实现多节点启动和参数配置的xml文件

<launch> ... </launch> ： 根标签
<node> ：启动节点
<include> ：嵌套,包含其他launch文件,其他XML文件
<remap> ：重命名
<param> ：全局参数
<rosparam> ：加载参数
<group> ：节点分组
<arg> ：局部参数
<machine> ：远程标签
<env> ：环境变量
<test> ：测试节点

  • 节点
# 模板
rosrun <package_name> <executable|python>
<node pkg="package_name" type="executable|python" name="node_name" />
# 示例
<node pkg="turn_on_wheeltec_robot" type="wheeltec_robot_node" name="wheeltec_robot">

5.2 参数服务器

rosparam list ： 列出参数服务器中的参数
rosparam get ： 获取参数
rosparam set ： 设置参数
rosparam delete ： 删除参数
rosparam load ： 从文件中加载参数到参数服务器
rosparam dump ： 将参数服务器的参数写入文件



六. ROS话题

  • 一种一对多、异步的通信机制
    一对多：一个话题可以有多个订阅者
    异步：发布者只管发布话题而不在意有多少个订阅者。

6.1 topic 命令行指令

rostopic echo ：打印话题信息
rostopic hz ：话题频率
rostopic info ：话题信息
rostopic list ：列举话题
rostopic pub ：往话题输入信息
rostopic bw ：话题带宽
rostopic find ：从数据类型寻找话题
rostopic type ：查看话题的数据类型




6.2 发布话题

发布流程
①创建一个发布者
②创建消息数据
③消息赋值
④将消息发布出去

ros::Publisher pub = nh.advertise<std_msgs::String>("topic_name", queue size);
std_msgs::String str;
str.data = "hello world";
pub.publish(str);

6.3 订阅话题


①创建一个订阅者 Subscriber
②创建一个回调函数

void callback(const std_msgs::StringConstPtr& str)
{
...
}.
..
ros::Subscriber sub = nh.subscribe("my_topic", queue size, callback);

6.4 自定义消息类型数据

  • 官方定义好的消息数据类型：
    查看所有的消息数据类型：rosmsg list
    显示消息类型的内容rosmsg show
    查看某个话题的消息数据类型：rostopic type /topic_name | rosmsg show
  • 自定义消息类型的步骤
    ①自定义msg文件
    在功能包下，新建一个msg的文件夹，并在该文件夹下新建一个test.msg的文件。 并在该文件中编辑消息数据类型。
    ②添加编译规则
# CMakeLists.txt
find_package (catkin REQUIRED COMPONENTS roscpp std_msgs message_generation)
add_message_files( FILES Message1.msg )
generate_messages( DEPENDENCIES std_msgs )
catkin_package( ... CATKIN_DEPENDS message_runtime ... )

在find_package中添加message_generation、std_msgs、roscpp

在catkin_package中添加message_runtime


在catkin_package前面加入add_message_files和generate_messages

在package.xml 中添加如下依赖：

package.xml:
<build_depend>message_generation</build_depend>
<exec_depend>message_runtime</exec_depend>

③添加描述规则
在CMakeLists.txt中添加如下内容：


在wheeltec_robot.cpp文件中添加#include "功能包名/test.h"

#include "turn_on_wheeltec_robot/test.h"

然后添加发布者

test_publisher =n.advertise<turn_on_wheeltec_robot::test>("test_topic",10);

以及发布函数

Publish_Test();

在wheeltec_robot.h文件中添加发布者

ros::Publisher test_publisher;

以及发布函数

void Publish_Test();


然后重新编译功能包。

七. 把ROS和STM32联系起来

7.1 两种控制器的功能

  • ROS主控
    例如jason nano等
    ①雷达信息采集
    ②摄像头信息采集
    ③路径规划

  • STM32控制器
    ①里程计信息采集（odom，电机的转速）
    ②陀螺仪信息采集（imu，xyz三轴角速度和加速度）
    ③电机控制（控制运动底盘的运动）

  • 通信内容

  • 硬件连接

7.2 软件设置

  • 软件设置
    ①更改CP2102芯片的serial
    wheeltec_udev.sh
    ②创建设备别名
    CP21xx Customization Utility .exe

  • wheeltec_robot.cpp文件

八. ROS传感器的介绍

8.1 激光雷达

  • 实现的功能
    ①建图
    ②导航
    ③避障
    ④跟随

  • 开启雷达
    roslaunch rplidar_ros rplidar.launch

  • 订阅雷达话题

/scan   sensor_msgs/LaserScan
Header header
float32 angle_min
float32 angle_max
float32 angle_increment
float32 time_increment
float32 scan_time
float32 range_min
float32 range_max
float32[] ranges
float32[] intensities

8.2 摄像头

  • 实现的功能
    ①视觉巡线
    ②物体识别
    ③3D建图
    ④颜色跟踪

  • 开启摄像头
    roslaunch usb_cam usb_cam-test.launch
    roslaunch astra_camera astra.launch
    roslaunch astra_camera astra_pro.launch

  • 订阅摄像头话题

sensor_msgs/Image
Header header
uint32 height
uint32 width
string encoding
uint8 is_bigendian
uint32 step
uint8[] data


sensor_msgs/CompressedImage
Header header
string format
uint8[] data

九. RVIZ配置方法

  • 首先打开终端，通过ssh命令连接到机器人上

  • 运行导航的.launch文件

  • 然后在虚拟机的终端重新打开一个窗口，运行rviz

  • 点击add,添加一个机器人模型
    有两种添加方式，一种是通过话题添加，一种是通过设备添加。在这里我们选择通过设备添加。

  • 添加TF坐标

  • 添加一个全局地图和一个局部地图

  • 添加雷达信息

  • 添加全局路径和局部路径信息。

rqt可视化工具集

名称 功能
Node Graph 查看ros话题和节点通信的结构
TF Tree 查看tf坐标关系链接
Plot 图形化查看话题数据
Dynamic Reconfigure 实时调参
Image View 查看图片
Bag 记录/复现 ROS进程

  • Node Graph
    指令： rqt_graph

  • TF Tree
    指令：rosrun rqt_tf_tree rqt_tf_tree

  • Plot
    指令：rqt_plot

  • Dynamic Reconfigure
    指令：rosrun rqt_reconfigure rqt_reconfigure
    注意：需要对应程序中，参数读取是以指针的形式才可以实时调参

  • Image View
    指令：rqt_image_view

  • Bag

# 记录所有话题
rosbag record -a 
# 播放一次
rosbag play <name.bag> 
# 倍速播放
rosbag play -r num <name.bag> 
# 只播放某个话题
rosbag play <name.bag> --topic /topic_name

十一、TF坐标关系变换

TF用于两个坐标系之间的转换，包括平移和旋转。

  • TF树
    运行指令：rosrun rqt_tf_tree rqt_tf_tree打开tf树。

  • TF的frame_id
    上图中椭圆中的名字就是tf的frame_id

  • TF的broadcaster
    两个坐标之间的关系需要broadcast广播。broadcast其实相当于rosnode, 可以用rosnode list 查看。

  • TF的基坐标
    所有TF坐标的根坐标。每个tf坐标都会索引到一个父坐标，直到索引到一个基坐标。

  • TF的消息数据类型

  • TF静态坐标变换

  • TF广播器和监听器
    TF广播器

static tf2_ros::TransformBroadcaster br;
geometry_msgs::TransformStamped transformStamped;
... 
transformStamped.xxx=xxx;
... 
br.sendTransform( transformStamped );

TF监听器

tf2_ros::Buffer tfBuffer;
tf2_ros::TransformListener tfListener(tfBuffer);
geometry_msgs::TransformStamped transformStamped;
transformStamped = tfBuffer.lookupTransform("target","source",time);