ROS入门21讲 | ROS机器人入门教程 【简明笔记】

古月·ROS入门21讲 | 一学就会的ROS机器人入门教程

文章目录

ROS核心概念

1. ROS = 通信机制+开发工具+应用功能+生态系统
2. 通信机制：- Node：完成具体功能的进程、独立运行的可执行文件。可用多种语言py、c++。节点在系统中的名称唯一。- ROS Master：为节点提供命名注册服务；跟踪和记录话题、服务通信，节点之间建立连接；提供参数服务器，记录全局变量值。（管理Node）- Topic：节点间用来传输数据的重要总线；使用publisher/subscriber模型，单向数据传输有发布者传输到订阅者，同一个话题的订阅者或者发布者不唯一。（异步通讯）Message：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。- Service：（同步通讯机制）：使用Client/Server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。请求一次应答一次，带反馈。一个server，多个client。

1. 参数Parameter：全局共享字典- 可通过网络访问的共享、多变量字典- 借点使用此服务器来存储和检索运行时的参数- 存储静态、非二进制配置参数。

1. 功能包Package：ROS软件基本单元，包含节点源码、配置文件、数据定义

ROS命令行

1. roscore：启动ros masterrosrun：启动节点 TAB键查看包含节点rqt_graph：显示系统计算图。rosnode list：显示系统中所有节点rosnode info：显示节点信息，正在发布/订阅的话题rostopic：查看话题rosmsg show：显示消息的数据结构rosservice list：服务列表rossrv show std_srvs/Trigger：查看数据结构rosrecord -a -O cmd_record ：话题记录rosbag play cmd_record.bag：复现指令//发布指令让乌龟移动 -r 10:rate，发布话题数据内容的频率,10hz//rostopiv pub /话题名 消息结构（内容）数据//如Twist数据结构有linear线速度和angular角速度两个结构rostopic pub -r 10 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist "linear:x: 1.0 y: 0.0z: 0.0angular:x: 0.0y: 0.0z: 0.0"

工作空间与功能包

1. 工作空间 workspace _ws：一个存放工程开发相关文件的文件夹。- src：代码空间 Source Space。 功能包、launch文件- build：编译空间 Build Space。- devel：开发空间 Development Space。编译生成的可执行文件。- install：安装空间 Install Space
2. 在系统中创建工作空间并进行编译：//创建工作空间mkdir -p ~/catkin_ws/srccd ~/catkin_ws/srccatkin_init_workspace//编译工作空间cd ~/catkin_ws/catkin_make//设置环境变量source devel/setup.bash//检查环境变量echo $ROS_PACKAGE_PATH

tf::MessageFilter结构：
定义数据：TransformListener、message_filters::Subscriber、tf::MessageFilter，用消息的名称来初始化 message_filters::Subscriber。用 tf、message_filters::Subscriber、目标坐标系来初始化 tf::MessageFilter，给 tf::MessageFilter 注册 callback。编写 callback，并在回调中完成坐标转换。至此完成消息订阅+坐标转换。

订阅与发布

发布者 Publisher

1. 话题模型

//创建功能包
// _ws/src目录下 catkin_create_pkg 功能包名
catkin_create_pkg learning_topic roscpp rospy std_msgs geometry_msgs turtlesim

1. 实现发布- 初始化ROS节点，创建节点句柄- 向ROS Master注册节点信息，包括发布的话题名和话题中的消息类型- 创建消息数据- 按频率发布消息

//C++
//创建发布者代码 发布tuetle1/cmd_vel 话题，消息类型geometry_msgs::Twist
#include <ros/ros.h>
#include <geometry_msgs/Twist.h>//消息数据类型头文件

int main (int argc, char **argv)
{
    //ROS节点初始化 节点名Velocity_publisher
    ros::init(argc,argv,"velocity_publisher");
    //创建节点句柄 管理ROS API资源，调用
    ros::Nodehandle n;
    //创建一个Publisher，发布名为/turtle1/cmd_vel的topic，消息类型为geometry_msgs::Twist，队列长度10 
    //  发布者名 = 句柄.advertise<消息类型>("话题名"，队列长度)
    ros::Publisher turtle_vel_pub = n.advertise<geometry_msgs::Twist>("/turtle1/cmd_vel",10);
    //设置循环频率 不断publish
    ros:Rate loop_rate(10);
    
    int count = 0;
    while (ros:ok())
    {
        //初始化geometry_msgs::Twist类型消息
        geometry_msgs::Twist vel_msg;
        vel_msg.linear.x = 0.5;
        vel_msg.angular.z = 0.2;
        //发布消息
        turtle_vel_pub.publish(vel_msg); //由发布者发布消息，消息即vel_msg
        ROS_INFO("Publish turtle velocity command[%0.2f m/s, %0.2f rad/s]", vel_msg.linear.x,vel_msg.angular.z);//printf 输出
        //按照循环频率延时
        loop_rate.sleep();
    }
    return 0;
}

#Python 存放于scripts文件夹下，要设置为可执行文件即可用rosrun执行 #!/usr/bin/python是告诉操作系统调用/usr/bin下的python解释器来执行这个脚本。例如，我们编写了hello.py脚本，执行时需要输入命令：python hello.py。因为有了这行声明，就可以直接用./hellp.py 来执行了，在这之前需要给脚本设置可执行权限chmod +x hello.py。#!/usr/bin/env python是为了防止没有将python装在默认的/usr/bin路径里。当系统看到这一行的时候，首先会到env设置里查找python的安装路径，再调用对应路径下的解释器程序完成操作，推荐这种写法。#2.x版本的py文件一般默认的是ASCII码，如果文件里有中文，运行时会出现乱码，注释是中文也不行。因此，需要把文件编码类型改为utf-8的类型，输入# -*- coding:utf-8 -*-之后会把文件编码强制转换为utf-8。#3.x版本的py文件的默认编码为Unicode，也就是说不用进行编码声明，可以直接使用中文了。#!/usr/bin/env python# -*- coding:utf-8 -*-#创建发布者代码 发布tuetle1?cmd_vel 话题，消息类型geometry_msgs::Twistimport rospy
from geometry_msgs.msg import Twist
defvelocity_publisher():#ROS节点初始化
    rospy,init_node('velocity_publisher',anonymous=True)#创建一个Publisher，发布名为/turtle1/cmd_vel的topic，消息类型为geometry_msgs::Twist，队列长度10 
    turtle_vel_pub = rospy.Publsiehr('/turtle1/cmd_vel',Twist,queue_size =10)#设置循环频率 不断publish
    rate = rospy.Rate(10)whilenot rospy.is_shutdown():# 初始化geometry_msgs::Twist类型消息
        vel_msg = Twist()
        vel_msg.linear.x =0.5
        vel_msg.angular.z =0.2#发布消息
        turltle_vel_pub.publish(vel_msg)
        rospy.loginfo("Publish turtle velocity command[%0.2f m/s, %0.2f rad/s]",vel_msg.linear.x, vel_msg.angualr.z)#按照循环频率延时
        rate.sleep()if __name__ =='__main__':# 当模块被直接运行时，if...以下代码块将被运行，当模块是被导入时，代码块不被运行try:
                velocity_publisher()except rospy.ROSInterruptException:pass

1. 编译

##在CMakeLists.txt中加入 生成可执行文件和路径
add_executable(velocity_publisher src/velocity_publisher.cpp) 
target_link_libraries(velocity_publisher ${catkin_LIBRARIES})

//工作空间根目录
cd _ws
catkin_make
source devel/setup.bash //设置环境变量或可以把此行代码写入~/.bashrc
roscore
rosrun turtlesim turtlesim_node
rosrun learning_topic velocity_publisher

订阅者 Subscriber

1. 实现订阅- 初始化ROS节点- 订阅需要的话题- 循环等待话题消息，接收到消息后进入回调函数- 在回调函数中完成消息处理

//C++
//订阅/turtle1/pose话题，消息类型turtlesim::Pose
#include <ros/ros.h>
#include "turtlesim/Pose.h"

//接收到订阅的消息后，进入消息回调函数 订阅者不知道什么时候会有消息进入，一旦有消息进入即调用回调函数处理
void poseCallback(const turtlesim::Pose::ConstPtr& msg)//针对消息的常指针
{
    //将接收到的消息打印出来
    ROS_INFO("turtle pose: x:%0.6f, y:%0.6f", msg->x,msg->y);//指针数据调用
}

int main(int argc, char **argv)
{
    //初始化ROS节点
    ros::init(argc, argv, "pose_subscriber");
    //创建节点句柄 管理节点资源
    ros::NodeHandle n;
    //创建一个Subscriber, 订阅名为/turtle1/pose的topic，注册回调函数poseCallback
    //订阅者：pose_sub，订阅话题：/turtle1/pose
    ros::Subscriber pose_sub = n.subscriber("/turtle1/pose", 10, poseCallback);
    //循环等待回调函数
    ros::；spin();//循环等待 查看队列，若有消息则调用poseCallback，否则死循环；缺少了某个资源，等到资源就绪之后，转换到就绪态，再等待上cpu执行；spin = 等待某个命令 = 直到命令到达 = 等着上cpu执行下一步
    return 0;
}

#Python#!/usr/bin/env python# -*- coding: utf-8 -*-#订阅/turtle1/pose话题，消息类型turtlesim::Poseimport rospy
from turtlesim.msg import Pose
defposeCallback(msg):
    rospy.loginfo("Turtle pose: x:%0.6f, y:%0.6f", msg.x, msg.y)defpose_subscriber():# 初始化ROS节点
        rospy.init_node('pose_subscriber', anonymous=True)# 创建一个Subscriber, 订阅名为/turtle1/pose的topic，注册回调函数poseCallback
        rospy.Subscriber("/turtle1/pose", Pose, poseCallback)# 循环等待回调函数
        rospy.spin()if __name__ =='__main__':# 当模块被直接运行时，if...以下代码块将被运行，当模块是被导入时，代码块不被运行
    pose_subscriber()

1. 编译add_executable(velocity_subscriber src/pose_subscriber.cpp)target_link_libraries(pose_subscriber ${catkin_LIBRARIES})catkin make

话题消息的自定义与使用

1. 消息数据类型的自定义- 创建msg文件并定义- 在package.xml中添加功能包依赖编译依赖 功能包message_generation动态产生message<build_depend>message_generation</build_depend>执行依赖<exec_depend>message_runtime</exec_depend>- 在CMakeLists.txt添加编译选项find_package(...... message_generation)add_message_files(FILES Person.msg)//定义接口generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs)//接口依赖库catkin_package(...... message_runtime)//运行依赖- 编译生成可执行文件，将在devel中生成.h头文件。使用时需引用头文件自己定义并编译的.h。

//定义一个人的类型的消息Person.msg//一般在msg文件夹下
string name 
uint8 sex
uint8 age
//宏定义    
uint8 unknown =0
uint8 male =1
uint8 female =2

依赖添加多一项add_dependcies

add_dependencies(person_publisher ${PROJECT_NAME}_generate_messages_cpp)
add_dependencies(person_subscriber ${PROJECT_NAME}_generate_messsages_cpp)

1. 关闭roscore不影响已经建立联系的Publisher和Subscriber

服务与客户端

客户端 Client

1. 话题模型：Client端 请求节点，发布产生乌龟的request，server收到后产生response。- 创建功能包//在工作空间的src目录下cd ~/catkin_ws/srccatkin_create_pkg learning_service roscpp rospy std_msgs geometry_msgs turtlesim
2. 实现一个客户端- 初始化ROS节点- 创建Client实例- 发布服务请求数据- 等待Server处理之后的应答结果

 /**
  * 该例程将请求/spawn服务，服务数据类型turtlesim::Spawn
  */
 #include <ros/ros.h>
 #include <turtlesim/Spawn.h> //数据类型头文件
 
 int main(int argc, char** argv)
 {
     // 初始化ROS节点
     ros::init(argc, argv, "turtle_spawn");
     // 创建节点句柄
     ros::NodeHandle node;
     // 发现/spawn服务后，创建一个服务客户端，连接名为/spawn的service
     ros::service::waitForService("/spawn"); //查询系统里是否有/spawn服务，存在才能请求
     //创建名为add_turtle的客户端，请求名为/spawn、数据类型为turtle::Spawn的服务
     ros::ServiceClient add_turtle = node.serviceClient<turtlesim::Spawn>("/spawn");
     // 初始化turtlesim::Spawn的请求数据
     turtlesim::Spawn srv;//定义请求数据结构为turtlesim::Spawn的变量srv
     srv.request.x = 2.0;
     srv.request.y = 2.0;
     srv.request.name = "turtle2";
     // 请求服务调用
     ROS_INFO("Call service to spwan turtle[x:%0.6f, y:%0.6f, name:%s]", 
              srv.request.x, srv.request.y, srv.request.name.c_str());
 
     add_turtle.call(srv);//请求数据，阻塞型函数，一直等待反馈
     // 显示服务调用结果
     ROS_INFO("Spwan turtle successfully [name:%s]", srv.response.name.c_str());//c_str()返回当前字符串的首字符地址
     return 0;
 };
 

#python#!/usr/bin/env python# -*- coding: utf-8 -*-# 该例程将请求/spawn服务，服务数据类型turtlesim::Spawnimport sys
import rospy
from turtlesim.srv import Spawn

defturtle_spawn():# ROS节点初始化
    rospy.init_node('turtle_spawn')# 发现/spawn服务后，创建一个服务客户端，连接名为/spawn的service
    rospy.wait_for_service('/spawn')try:
        add_turtle = rospy.ServiceProxy('/spawn', Spawn)# 请求服务调用，输入请求数据
        response = add_turtle(2.0,2.0,0.0,"turtle2")#x,y,theta,namereturn response.name
    except rospy.ServiceException, e:print"Service call failed: %s"%e
if __name__ =="__main__":#服务调用并显示调用结果print"Spwan turtle successfully [name:%s]"%(turtle_spawn())

1. 编译add_executable(turtle_spawn src/turtle_spawn.cpp)target_link_libraries(turtle_spawn ${catkin_LIBRARIES})##工作空间根目录下catkin_makesource devel/setup.bashroscorerosrun turtlesim turtlesim_noderosrun learning_service turtle_spawn

服务端 Server

1. 服务端server：给海龟发指令，接受request决定是不是要给海龟发指令。包含server和topic发布。触发信号Trigger 可用rossrv show std_srvs/Trigger查看数据结构- 初始化ROS节点- 创建Server实例- 循环等待服务请求，进入回调函数（已注册）- 在回调函数中完成服务功能的处理，并反馈应答数据/** * 该例程将执行/turtle_command服务，服务数据类型std_srvs/Trigger */#include <ros/ros.h>#include <geometry_msgs/Twist.h> //topic头文件#include <std_srvs/Trigger.h> //server头文件ros::Publisher turtle_vel_pub; //全局publisherbool pubCommand = false; //标志位默认停止false// service回调函数，输入参数req，输出参数resbool commandCallback(std_srvs::Trigger::Request &req, std_srvs::Trigger::Response &res){ pubCommand = !pubCommand;//标志位取反 开关 // 显示请求数据 ROS_INFO("Publish turtle velocity command [%s]", pubCommand==true?"Yes":"No"); // 设置反馈数据 数据结构来自于内置库的Trigger res.success = true; res.message = "Change turtle command state!"; return true;}int main(int argc, char **argv){ // ROS节点初始化 ros::init(argc, argv, "turtle_command_server"); // 创建节点句柄 ros::NodeHandle n; // 创建一个名为/turtle_command的server，注册回调函数commandCallback。收到request后，立刻进入回调函数 ros::ServiceServer command_service = n.advertiseService("/turtle_command", commandCallback); // 创建一个Publisher，发布名为/turtle1/cmd_vel的topic，消息类型为geometry_msgs::Twist，队列长度10。发送速度指令 turtle_vel_pub = n.advertise<geometry_msgs::Twist>("/turtle1/cmd_vel", 10); // 循环等待回调函数 ROS_INFO("Ready to receive turtle command."); // 设置循环的频率 ros::Rate loop_rate(10); while(ros::ok()) { // 查看一次回调函数队列 有数据队列就进入回调函数，没有就跳出继续执行程序 ros::spinOnce(); // 如果标志为true，则发布速度指令 if(pubCommand) { geometry_msgs::Twist vel_msg; vel_msg.linear.x = 0.5; vel_msg.angular.z = 0.2; turtle_vel_pub.publish(vel_msg); } //按照循环频率延时 loop_rate.sleep(); } return 0;}``````#Python#!/usr/bin/env python# -*- coding: utf-8 -*-# 该例程将执行/turtle_command服务，服务数据类型std_srvs/Triggerimport rospyimport thread,timefrom geometry_msgs.msg import Twistfrom std_srvs.srv import Trigger, TriggerResponsepubCommand =False;turtle_vel_pub = rospy.Publisher('/turtle1/cmd_vel', Twist, queue_size=10)defcommand_thread():#线程，判断标志位；python只有spin没有spinoncewhileTrue:if pubCommand: vel_msg = Twist() vel_msg.linear.x =0.5 vel_msg.angular.z =0.2 turtle_vel_pub.publish(vel_msg) time.sleep(0.1)defcommandCallback(req):global pubCommand pubCommand =bool(1-pubCommand)# 显示请求数据 rospy.loginfo("Publish turtle velocity command![%d]", pubCommand)# 反馈数据return TriggerResponse(1,"Change turtle command state!")defturtle_command_server():# ROS节点初始化 rospy.init_node('turtle_command_server')# 创建一个名为/turtle_command的server，注册回调函数commandCallback s = rospy.Service('/turtle_command', Trigger, commandCallback)# 循环等待回调函数print"Ready to receive turtle command." thread.start_new_thread(command_thread,()) rospy.spin()#循环直到收到数据，进入回调函数 if __name__ =="__main__": turtle_command_server()
2. 编译add_executable(turtle_command_server src/turtle_command_server.cpp)target_link_libraries(turtle_command_server ${catkin_LIBRARIES})cd ~/..._wscatkin_makesource devel/setup.bashroscorerosrun turtlesim turtlesim_noderosrun learning_service turtle_command_serverrosservice call /turtle_command "{}"

服务数据的自定义

1. 服务模型

• 自定义服务数据 创建新文件srv下，创建Person.srv文件并写入

string name 
uint8 age
uint8 sex

uint8 unknown =0
uint8 male =1
uint8 female =2---//以上是request数据，以下是response数据
string result

• 在package.xml中添加功能包依赖<build_depend>message_generation</build_depend><exec_depend>message_runtime</exec_depend>
• 在CMakeLists.txt文件中添加编译选项find_package( .... message_generation)#加功能包add_service_files(FILES Person.srv)#根据哪一个srv文件创建头文件generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs)#根据文件定义产生头文件catkin_package( .... message_runtime)#添加编译依赖#工作空间根目录下catkin_make#成功后在include下会找到对应的头文件

1. 客户端/** * 该例程将请求/show_person服务，服务数据类型learning_service::Person */#include <ros/ros.h>#include "learning_service/Person.h"int main(int argc, char** argv){ // 初始化ROS节点 ros::init(argc, argv, "person_client"); // 创建节点句柄 ros::NodeHandle node; // 发现/spawn服务后，创建一个服务客户端，连接名为/spawn的service ros::service::waitForService("/show_person"); ros::ServiceClient person_client = node.serviceClient<learning_service::Person>("/show_person"); // 初始化learning_service::Person的请求数据 learning_service::Person srv; srv.request.name = "Tom"; srv.request.age = 20; srv.request.sex = learning_service::Person::Request::male; // 请求服务调用 ROS_INFO("Call service to show person[name:%s, age:%d, sex:%d]", srv.request.name.c_str(), srv.request.age, srv.request.sex); person_client.call(srv); // 显示服务调用结果 ROS_INFO("Show person result : %s", srv.response.result.c_str()); return 0;};1. 服务端/** * 该例程将执行/show_person服务，服务数据类型learning_service::Person */#include <ros/ros.h>#include "learning_service/Person.h"// service回调函数，输入参数req，输出参数resbool personCallback(learning_service::Person::Request &req, learning_service::Person::Response &res){ // 显示请求数据 ROS_INFO("Person: name:%s age:%d sex:%d", req.name.c_str(), req.age, req.sex); // 设置反馈数据 res.result = "OK"; return true;}int main(int argc, char **argv){ // ROS节点初始化 ros::init(argc, argv, "person_server"); // 创建节点句柄 ros::NodeHandle n; // 创建一个名为/show_person的server，注册回调函数personCallback ros::ServiceServer person_service = n.advertiseService("/show_person", personCallback); // 循环等待回调函数 ROS_INFO("Ready to show person informtion."); ros::spin(); return 0;}2. 编译add_executable(person_server src/person_server.cpp)target_link_libraries(person_servr ${catkin_LIBRARIES})add_dependencies(person_server ${PROJECT_NAME}_gencpp) #动态生成的cpp文件add_executable(person_client src/person_client.cpp)target_link-libraries(person_client ${catkin_LIBRARIES})add_dependencies(person_client ${PROJECT_NAME}_gencpp)# 工作空间根目录下catkin_makesource devel/setup.bash #可写入系统环境变量bashrc，否则每次都要输入roscore rosrun learning_service person_serverrosrun learning_service person_client

参数的使用与编程

1. 参数模型：各个节点可以全局访问参数服务器。参数文件.yaml

• 创建功能包：cd ~/catkin_ws/srccatkin_create_pkg learning_parameter roscpp rospy std_srvs
• 参数命令行 修改参数后请求服务才能生效//显示参数列表rosparam list//获取参数rosparam get //修改参数值rosparam set 变量名 变量值//保存参数到文件于当前路径下rosparam dump 文件名.yaml //从文件读取参数rosparam load 文件名.yaml//删除参数rosparam delete 参数名

1. 程序实现参数操作- 初始化ROS节点- get函数获取参数- set函数设置参数/** * 该例程设置/读取海龟例程中的参数 */#include <string>#include <ros/ros.h>#include <std_srvs/Empty.h>int main(int argc, char **argv){ int red, green, blue; // ROS节点初始化 ros::init(argc, argv, "parameter_config"); // 创建节点句柄 ros::NodeHandle node; // 读取背景颜色参数 get("变量名"，参数值存储到哪个变量中) ros::param::get("/background_r", red); ros::param::get("/background_g", green); ros::param::get("/background_b", blue); ROS_INFO("Get Backgroud Color[%d, %d, %d]", red, green, blue); // 设置背景颜色参数 ros::param::set("/background_r", 255); ros::param::set("/background_g", 255); ros::param::set("/background_b", 255); ROS_INFO("Set Backgroud Color[255, 255, 255]"); // 读取背景颜色参数 ros::param::get("/background_r", red); ros::param::get("/background_g", green); ros::param::get("/background_b", blue); ROS_INFO("Re-get Backgroud Color[%d, %d, %d]", red, green, blue); // 调用服务，刷新背景颜色 ros::service::waitForService("/clear"); ros::ServiceClient clear_background = node.serviceClient<std_srvs::Empty>("/clear"); std_srvs::Empty srv; clear_background.call(srv); sleep(1); return 0;}- 编译add_executable(parameter_config src/parameter_config.cpp)target_link_libraries(parameter_config ${catkin_LIBRARIES})#工作空间下catkin_makesource devel/setup.abshroscorerosrun turtlesim turtlesim_noderosrun learning_parameter parameter_config

ROS中的坐标管理系统 TF

1. 坐标变换工具TF：查询两坐标系之间的变换关系。通过广播和监听实现。

sudo apt-get install ros-melodic-turtlle-tf //ros-版本-功能包
roslaunch turtle_tf turtle_tf_demo.launch //.launch启动脚本文件中的诸多节点
rosrun turtlesim turtle_teleop_key
rosrun tf view_frames //tf功能包提供的查看系统中所有tf关系

World坐标系：全局坐标系，不动。

rosrun tf tf_echo 坐标系1 坐标系2   //查询坐标关系
//Translation：平移，旋转：四元数/欧拉角RPY

TF基本的数据类型（Quaternion, Vector, Point, Pose, Transform）

TF坐标系广播与监听

1. 创建功能包$ cd ~/catkin_ws/src$ catkin_create_pkg learning_tf roscpp rospy tf turtlesim
2. TF广播器：广播坐标系之间的关系- 定义TF广播器(TransformBroadcaster)- 创建坐标变换值- 发布坐标变换(sendTransform)/** * 该例程产生tf数据，并计算、发布turtle2的速度指令 */#include <ros/ros.h>#include <tf/transform_broadcaster.h>#include <turtlesim/Pose.h>std::string turtle_name;void poseCallback(const turtlesim::PoseConstPtr& msg){ // 创建tf的广播器 static tf::TransformBroadcaster br; // 初始化tf数据 tf::Transform transform; //4x4矩阵 T transform.setOrigin( tf::Vector3(msg->x, msg->y, 0.0) ); //平移参数 tf::Quaternion q; //旋转 q.setRPY(0, 0, msg->theta); //姿态变化 transform.setRotation(q); // 广播world与海龟坐标系之间的tf数据 StampedTransform(变换矩阵，时间戳，坐标系1，坐标系2) br.sendTransform(tf::StampedTransform(transform, ros::Time::now(), "world", turtle_name));}int main(int argc, char** argv){ // 初始化ROS节点 ros::init(argc, argv, "my_tf_broadcaster"); // 输入参数作为海龟的名字 if (argc != 2) { ROS_ERROR("need turtle name as argument"); return -1; } turtle_name = argv[1]; // 订阅海龟的位姿话题 ros::NodeHandle node; ros::Subscriber sub = node.subscribe(turtle_name+"/pose", 10, &poseCallback); // 循环等待回调函数 ros::spin(); return 0;};
3. TF监听器：获取任意两个坐标系之间关系- 定义TF监听器 TransformListener- 查找坐标变换 waitForTransform、lookupTransform/** * 该例程监听tf数据，并计算、发布turtle2的速度指令 */#include <ros/ros.h>#include <tf/transform_listener.h>#include <geometry_msgs/Twist.h>#include <turtlesim/Spawn.h>int main(int argc, char** argv){ // 初始化ROS节点 ros::init(argc, argv, "my_tf_listener"); // 创建节点句柄 ros::NodeHandle node; // 请求产生turtle2 ros::service::waitForService("/spawn"); ros::ServiceClient add_turtle = node.serviceClient<turtlesim::Spawn>("/spawn"); turtlesim::Spawn srv; add_turtle.call(srv); // 创建发布turtle2速度控制指令的发布者 ros::Publisher turtle_vel = node.advertise<geometry_msgs::Twist>("/turtle2/cmd_vel", 10); // 创建tf的监听器 tf::TransformListener listener; ros::Rate rate(10.0); while (node.ok()) { // 获取turtle1与turtle2坐标系之间的tf数据 tf::StampedTransform transform;//保存平移旋转关系 try { // waitForTransform(坐标系1，坐坐标系2，查询（当前）时间，等待时间)如果存在关系则程序往下走 listener.waitForTransform("/turtle2", "/turtle1", ros::Time(0), ros::Duration(3.0)); // lookupTransform(坐标系1，坐标系2，查询时间，结果保存于) listener.lookupTransform("/turtle2", "/turtle1", ros::Time(0), transform); } catch (tf::TransformException &ex) { ROS_ERROR("%s",ex.what()); ros::Duration(1.0).sleep(); continue; } // 根据turtle1与turtle2坐标系之间的位置关系，发布turtle2的速度控制指令 geometry_msgs::Twist vel_msg; vel_msg.angular.z = 4.0 * atan2(transform.getOrigin().y(), transform.getOrigin().x()); vel_msg.linear.x = 0.5 * sqrt(pow(transform.getOrigin().x(), 2) + pow(transform.getOrigin().y(), 2)); turtle_vel.publish(vel_msg); rate.sleep(); } return 0;};
4. 编译- 编译成可执行文件 add_executable- 添加链接 target_link_libraries$ cd ~/catkin_ws$ catkin_make$ source devel/setup.bash$ roscore$ rosrun turtlesim turtlesim_node$ rosrun learning_tf turtle_tf_broadcaster __name:=turtle1_tf_broadcaster /turtle1 #重映射，重新命名$ rosrun learning_tf turtle_tf_broadcaster __name:=turtle2_tf_broadcaster /turtle2$ rosrun learning_tf turtle_tf_listener$ rosrun turtlesim turtle_teleop_key

launch启动文件的使用方法

1. launch文件：通过XML文件实现多节点的配置和启动。快速启动节点，不用打开终端输入。（自动启动ROS Master）常用语法：<launch> launch文件中的根元素采用<launch>标签定义</launch><node> 启动节点 <nodepkg="package-name"type="executable-name"name="node-name"/> pkg：节点所在功能包名称 type：节点的可执行文件名称 name：节点运行时的名称 会取代文件中初始化的节点名，同文件多命名以实现该程序的多次利用 output：节点是否要打印日志信息 respawn：如果节点挂掉是否要进行重启 required：某个节点是否必须要启动 ns：namespace，避免命名冲突 args：输入参数 </node><param> 设置ROS运行中的一个参数，存储在参数服务器中 <paramname="output_frame"value="odom"/> name：参数名 value：参数值 </param><rosparam>加载参数文件中的多个参数 <rosparamfile="params.yaml"command="load"ns="params"/></rosparam><arg> launch文件内部的局部变量，仅限于launch文件使用 <argname="arg-name"default="arg-value"/> name：参数名 value：参数值 </arg> 调用 <!-- <param name="foo" value=$(arg arg-name)" /> <node name="node" pkg="package" type="type" args="$(arg arg-name)" /> --><remap>重映射ROS计算图资源的命名 <remapfrom="/turtlebot/cmd_vel"to="/cmd_vel"/> from :原命名 to：映射之后的命名 </param><include>包含其他launch文件，类似于C语言中的头文件包含 <includeflle="$(dirname)/other.launch"/> file：包含的其他launch文件路径 </include>
2. 示例：开启两个node节点<launch><nodepkg="learning_topic"type="person_subscriber"name="talker"output="screen"/><nodepkg="learning_topic"type="person_publisher"name="listener"output="screen"/></launch>开启功能包下的可执行文件的某某节点并于终端输出日志开启launch$ roslaunch 功能包 .launch
3. 示例：配置参数<launch><paramname="/turtle_number"value="2"/><nodepkg="turtlesim"type="turtlesim_node"name="turtlesim_node"><paramname="turtle_name1"value="Tom"/><paramname="turtle_name2"value="Jerry"/><rosparamfile="$(find learning_launch)/config/param.yaml"command="load"/></node><nodepkg="turtlesim"type="turtle_teleop_key"name="turtle_teleop_key"output="screen"/></launch>$(find learning_launch)系统搜索功能包
4. 示例：启动海龟跟随<launch><!-- Turtlesim Node--><nodepkg="turtlesim"type="turtlesim_node"name="sim"/><nodepkg="turtlesim"type="turtle_teleop_key"name="teleop"output="screen"/><nodepkg="learning_tf"type="turtle_tf_broadcaster"args="/turtle1"name="turtle1_tf_broadcaster"/><nodepkg="learning_tf"type="turtle_tf_broadcaster"args="/turtle2"name="turtle2_tf_broadcaster"/><nodepkg="learning_tf"type="turtle_tf_listener"name="listener"/></launch>
5. 示例：重映射以及include<launch><includefile="$(find learning_launch)/launch/simple.launch"/> 启动这个launch文件所有内容 <nodepkg="turtlesim"type="turtlesim_node"name="turtlesim_node"><remapfrom="/turtle1/cmd_vel"to="/cmd_vel"/></node></launch>

可视化工具

1. Qt工具箱- rqt_console日志输出工具- rqt_graph计算图可视化工具- rqt_plot数据绘图工具- rqt_image_view图像渲染工具- rqt工具箱
2. Rviz：数据显示平台rosrun rviz rviz
3. Gazebo：三维仿真平台