【ROS2学习记录】—— 参考鱼香ROS

1 回顾Linux基础

（1）打开终端：Ctrl + Alt + T
（2）ls
（3）cd

cd ~
cd /

（4）pwd
（5）mkdir -p catkin_ws/src
（6）rm -rf
（7）mv
（8）cp
（9）gedit
python：解释性语言

python3 test.py

C++：编译性语言

g++ ().cpp
./a.out

2 ROS2介绍

需要ROS
轮式移动机器人：感知、决策、控制

感知：激光雷达、深度相机、IMU、里程计、碰撞感知、建图
决策：路径规划算法、定位算法
控制：轮子驱动

ROS将上面的部分整合到一起

ROS2 vs ROS1

在这里插入图片描述（1）OS层：ROS2相比ROS1支持的平台更多
（2）中间件层：ROS2相比ROS1去中心化master、通信更换为DDS实现
（3）应用层：ROS2支持的python版本更高、编译系统改进、c++11、可以使用相同的API进程间和进程内通信

ROS2入门操作
一、你说我听
打开两个终端

ros2 run demo_nodes_py listener
ros2 run demo_nodes_cpp talker

二、海龟

ros2 run turtlesim turtlesim_node
ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

三、rqt：选择插件

3 ROS2节点

编程基础
gcc编译ROS2节点
make编译ROS2节点
CMakeList.txt编译ROS2节点

遇到undefined reference to xxxxx和No such file or directory参考：ROS2

在这里插入图片描述
启动一个节点：

ros2 run <package_name> <executable_name>

查看节点列表(常用)：

ros2 node list

查看节点信息(常用)：

ros2 node info <node_name>

重映射节点名称：

ros2 run turtlesim turtlesim_node --ros-args --remap __node:=my_turtle

运行节点时设置参数：

ros2 run example_parameters_rclcpp parameters_basic --ros-args -p rcl_log_level:=10

工作空间找包，包里面去找节点（可执行文件）
与功能包相关的指令 ros2 pkg

create       Create a new ROS2 package
executables  Output a list of package specific executables
list         Output a list of available packages
prefix       Output the prefix path of a package
xml          Output the XML of the package manifest or a specific tag

colcon：类似于ROS中的catkin

colcon build

source install/setup.bash

只编译一个包

colcon build --packages-select YOUR_PKG_NAME

不编译测试单元

colcon build --packages-select YOUR_PKG_NAME --cmake-args -DBUILD_TESTING=0

运行编译的包的测试

colcon test

允许通过更改src下的部分文件来改变install（重要）
每次调整 python 脚本时都不必重新build

colcon build --symlink-install

使用RCLCPP编写节点
面向对象的编程方法OOP
人身上有大脑、有手有脚这些部分，人还能通过这些部分做出一系列行为
对象=属性+行为
五个重要概念：类与对象、封装、继承、多态

mkdir -p catkin_ws/src
cd catkin_ws
ros2 pkg create test1 --build-type ament_cmake --dependencies rclcpp

在功能包的src上新建node.cpp

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"

class Node01 : public rclcpp::Node {
public:
	Node01(std::string name) : Node(name) {
		RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "大家好，我是%s.", name.c_str());
	}
private:
};

int main(int argc, char**argv)
{
	rclcpp::init(argc, argv);
	
	auto node = std::make_shared<Node01>("node_01");
	
	rclcpp::spin(node);
	rclcpp::shutdown();
	return 0;
}

CMakeList.txt

cmake_minimum_required(VERSION 3.8)
project(test1)

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)
find_package(rclcpp REQUIRED)

add_executable(node_01 src/node.cpp)
ament_target_dependencies(node_01 rclcpp)

install(TARGETS node_01 DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})



if(BUILD_TESTING)
  find_package(ament_lint_auto REQUIRED)
  # the following line skips the linter which checks for copyrights
  # comment the line when a copyright and license is added to all source files
  set(ament_cmake_copyright_FOUND TRUE)
  # the following line skips cpplint (only works in a git repo)
  # comment the line when this package is in a git repo and when
  # a copyright and license is added to all source files
  set(ament_cmake_cpplint_FOUND TRUE)
  ament_lint_auto_find_test_dependencies()
endif()

ament_package()

test1.cpp

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"

int main(int argc, char **argv)
{
    /* 初始化rclcpp  */
    rclcpp::init(argc, argv);
    /*产生一个node_01的节点*/
    auto node = std::make_shared<rclcpp::Node>("node_01");
    // 打印一句自我介绍
    RCLCPP_INFO(node->get_logger(), "node_01节点已经启动.");
    /* 运行节点，并检测退出信号 Ctrl+C*/
    rclcpp::spin(node);
    /* 停止运行 */
    rclcpp::shutdown();
    return 0;
}

colcon使用进阶

4 订阅者发布者

rqt_graph
ros2 topic -h
ros2 topic list # 返回系统中当前活动的所有主题的列表
ros2 topic list -t # 增加消息类型
ros2 topic echo <topic_name> # 打印实时话题内容
ros2 interface show # 查看消息类型
ros2 topic pub /chatter std_msgs/msg/String 'data: "123"'

publisher.cpp

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"

class Publisher : public rclcpp::Node
{
public:
	Publisher(std::string name) : Node(name) {
		RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "%s节点", name.c_str());	
		
		publisher_ = this->create_publisher<std_msgs::msg::String>("command", 10);
		
		timer_ = this->create_wall_timer(std::chrono::milliseconds(500), std::bind(&Publisher::timer_callback, this));
	}
private:
	void timer_callback()
	{
		std_msgs::msg::String message;
		message.data = "forward";
		RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Publishing:%s", message.data.c_str());
		publisher_->publish(message);	
	}
	rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_;
	rclcpp::Publisher<std_msgs::msg::String>::SharedPtr publisher_;
};

int main(int argc, char** argv) {
	rclcpp::init(argc, argv);
	auto node = std::make_shared<Publisher>("topic");
	rclcpp::spin(node);
	rclcpp::shutdown();
	return 0;	
}

subscriber.cpp

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"

class TopicSubscribe01 : public rclcpp::Node
{
public:
    TopicSubscribe01(std::string name) : Node(name)
    {
        RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "大家好，我是%s.", name.c_str());
          // 创建一个订阅者订阅话题
        command_subscribe_ = this->create_subscription<std_msgs::msg::String>("command", 10, std::bind(&TopicSubscribe01::command_callback, this, std::placeholders::_1));
    }

private:
     // 声明一个订阅者
    rclcpp::Subscription<std_msgs::msg::String>::SharedPtr command_subscribe_;
     // 收到话题数据的回调函数
    void command_callback(const std_msgs::msg::String::SharedPtr msg)
    {
        double speed = 0.0f;
        if(msg->data == "forward")
        {
            speed = 0.2f;
        }
        RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "收到[%s]指令，发送速度 %f", msg->data.c_str(),speed);
    }
};

int main(int argc, char** argv)
{
	rclcpp::init(argc, argv);
	auto node = std::make_shared<TopicSubscribe01>("Subscribe01");
	rclcpp::spin(node);
	rclcpp::shutdown();
	return 0;	
}

CMakeList.txt

cmake_minimum_required(VERSION 3.8)
project(topicc)

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)
find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(std_msgs REQUIRED)

add_executable(publisher src/publisher.cpp)
ament_target_dependencies(publisher rclcpp std_msgs)

add_executable(subscriber src/subscriber.cpp)
ament_target_dependencies(subscriber rclcpp std_msgs)

install(TARGETS
	publisher
	subscriber
	DESTINATION lib/${PROJECT_NAME}
)

if(BUILD_TESTING)
  find_package(ament_lint_auto REQUIRED)
  # the following line skips the linter which checks for copyrights
  # comment the line when a copyright and license is added to all source files
  set(ament_cmake_copyright_FOUND TRUE)
  # the following line skips cpplint (only works in a git repo)
  # comment the line when this package is in a git repo and when
  # a copyright and license is added to all source files
  set(ament_cmake_cpplint_FOUND TRUE)
  ament_lint_auto_find_test_dependencies()
endif()

ament_package()

package.xml

<?xml version="1.0"?>
<?xml-model href="http://download.ros.org/schema/package_format3.xsd" schematypens="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"?>
<package format="3">
  <name>topicc</name>
  <version>0.0.0</version>
  <description>TODO: Package description</description>
  <maintainer email="bigdavid@todo.todo">bigdavid</maintainer>
  <license>TODO: License declaration</license>

  <buildtool_depend>ament_cmake</buildtool_depend>

  <depend>rclcpp</depend>
  <depend>std_msgs</depend>
  
  <test_depend>ament_lint_auto</test_depend>
  <test_depend>ament_lint_common</test_depend>

  <export>
    <build_type>ament_cmake</build_type>
  </export>
</package>

5 ROS2接口

字符串和32位二进制的整型数据

std_msgs/msg/String
std_msgs/msg/UInt32

ros2 interface package sensor_msgs
可以定义的接口三种类型
话题接口、服务接口、动作接口

话题接口格式：xxx.msg

int64 num

服务接口格式：xxx.srv

int64 a
int64 b
---
int64 sum

动作接口格式：xxx.action

int32 order
---
int32[] sequence
---
int32[] partial_sequence

接口数据类型：基础类型和包装类型

基础类型有（同时后面加上[]可形成数组）

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

包装类型
即在已有的接口类型上进行包含

uint32 id
string image_name
sensor_msgs/Image

自定义接口
机器人开发中的常见控制场景，设计满足要求的服务接口和话题接口

机器人节点：对外提供移动指定距离服务，移动完成后返回当前位置，同时对外发布机器人的位置和状态（是否在移动）
机器人控制节点：通过服务控制机器人移动指定距离，并实时获取机器人的当前位置和状态

服务接口MoveRobot.srv

float32 distance
---
float32 pose

话题接口，采用基础类型 RobotStatus.msg

uint32 STATUS_MOVING = 1
uint32 STATUS_STOP = 1
uint32 status
float32 pose

话题接口，混合包装类型 RobotPose.msg

uint32 STATUS_MOVING = 1
uint32 STATUS_STOP = 2
uint32 status
geometry_msgs/Pose pose

查看接口列表：ros2 interface list
查看某一个接口详细的内容：ros2 interface show std_msgs/msg/String

创建功能包：

ros2 pkg create example_ros2_interfaces --build-type ament_cmake --dependencies rosidl_default_generators geometry_msgs

修改CMakeList.txt

find_package(rosidl_default_generators REQUIRED)
find_package(geometry_msgs REQUIRED)
# 添加下面的内容
rosidl_generate_interfaces(${PROJECT_NAME}
  "msg/RobotPose.msg"
  "msg/RobotStatus.msg"
  "srv/MoveRobot.srv"
  DEPENDENCIES geometry_msgs
)

修改package.xml

  <buildtool_depend>ament_cmake</buildtool_depend>

  <depend>rosidl_default_generators</depend>
  <depend>geometry_msgs</depend>
  
  <member_of_group>rosidl_interface_packages</member_of_group> #添加这一行

  <test_depend>ament_lint_auto</test_depend>
  <test_depend>ament_lint_common</test_depend>

6 Nav2

行为树：什么时候规划，什么时候脱困，用行为树来描述和管理机器人，Nav2用这个进行机器人行为调度

在这里插入图片描述通过输入的 XML 格式的行为树描述文件，调用下面三个服务器中中对应的模块完成对机器人的行为控制

Planner Server：全局路径规划
Controller Server：根据全局路径，结合实时障碍物和局部代价地图完成机器人的控制
Recovery Server：加载不同的恢复行为完成机器人的脱困

BT Navigation Server 收到目标点后，由规划器服务器进行 CP（ComputePathToPose）即计算路径，然后由控制器服务器进行 FP（FollowPath）即路径跟随，如果遇到卡住等困境则调用规划器服务器完成脱困。这三个模块协同工作，完成了整个 Navigation 2 的导航任务。

持续更新