Ros入门21讲踩坑笔记(1)

2020-07-28
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古月居《Ros 入门21讲》第 1 ~ 9 讲踩坑记录和学习笔记

一、安装 Ros

配置软件库，需要前四行打上勾，选择合适的镜像源。

安装过程中建议全程使用手机流量，如使用 WiFi 可能造成部分包下载失败。如果流量不够可以蹭朋友的热点。

安装步骤如下：
依次执行以下命令：

添加ROS软件源

1	$ sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'

添加密钥

1	$ sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654

安装ROS

1 2	$ sudo apt update $ sudo apt install ros-melodic-desktop-full

初始化rosdep
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$ sudo rosdep init
$ rosdep update
注意：这里执行 $ sudo rosdep init 命令可能会报错 ‘sudo rosdep找不到命令’ 或者如下报错
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3
ERROR: cannot download default sources list from:
https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/rosdep/sources.list.d/20-default.list
Website may be down.
解决方案是，先到网站 https://www.ipaddress.com/ 搜索 raw.githubusercontent.com 查询它的 IP 地址，我查到的是 199.232.68.133，然后执行如下命令：
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2
cd /etc
sudo gedit hosts
在打开的文件末尾添加
1
199.232.68.133 raw.githubusercontent.com
保存退出，重新执行 $ sudo rosdep init 命令即可。

设置环境变量

1 2	$ echo "source /opt/ros/melodic/setup.bash" >> ~/.bashrc $ source ~/.bashrc

安装rosinstall

1	$ sudo apt install python-rosinstall python-rosinstall-generator python-wstool build-essential

安装完成以后，在终端输入 ros 并按下 tab 键，可以看到输出的 ros 命令表，初步代表安装成功

接下来进行验证：

先在终端输入 roscore 回车，有如下相应：

如果报错 roscore not found，说明最开始安装的时候有些包没有装上，终端输入：
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sudo apt install ros-melodic-roslaunch
注意：这里我用的是 Ubuntu 18.04，对应的 ros 版本是 melodic，其他版本需要对照下表选择命令：

再输入 roscore 命令即可。
再新开一个终端，输入：
1
$ rosrun turtlesim turtlesim_node
启动小海龟仿真器，应该可以看到蓝色的小海龟的界面

如果报错 package turtlesim not found，说明很可能在安装 ros 的时候没有安装完整。我是切换到了手机热点，然后直接重新从上面的第三步开始，再安装一遍就好了。
再新开一个终端，输入：
1
$ rosrun turtlesim turtle_teleop_key
启动海龟控制节点，在这个终端内部就可以通过方向键控制小海龟运动了。

至此安装全部完成。

二、Ros 简介与核心概念

2.1 什么是 Ros

全称：机器人操作系统（Robot Operating System）
构成：通信机制 (节点) + 工具软件包 + 高级应用功能 + 生态系统
笔者认为：Ros 是一套能够将分散的、由不同开发者编写的软件代码打包并统一管理、建立连接的高度灵活的软件框架，提供了大量的工具和基本的硬件底层逻辑，让基于硬件的软件开发更加遍历、为机器人研究和开发提供代码复用的支持。

2.2 Ros 核心概念

松耦合的节点通信 —— 节点为执行具体任务的进程、独立运行的可执行文件，可独立使用编程语言、可分布式运行在不同主机；
话题通信 —— 发布订阅，异步、单向数据流，适用于普通数据传输
服务通信 —— 一次握手，同步通信，适用于逻辑处理、人机交互
参数 —— 每个节点可通过网络访问的全局变量仓库，参数改变时不会通知节点更新，故只适用于存储静态的、非二进制的配置参数
功能包、功能包清单、元功能包

三、初步使用

3.1 命令行工具

roscore：启动 ros master，必须首先运行
rosrun [功能包名] [节点名] ：运行节点，如
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$ rosrun turtlesim turtlesim_node
rqt_graph：显示整个系统的节点通讯图
rosnode：显示节点信息，如 rosnode list 显示正在运行的节点数量、查看话题列表，rosnode info [节点名] 显示某个节点的运行情况和信息流
rostopic：显示话题信息，且通过 rostopic 可以手动发布话题消息，增加 -r 可以循环发布话题，比如：
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$ rostopic pub -r 10 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist [Tab Tab]
两下 Tab 键是用于自动补全，-r 10 表示以每秒十次的频率循环发布
rosmsg show [msg]：查看发布指令的数据结构
rosservice：显示服务信息，可以通过 rosservice call [服务名] [Tab Tab] 调用发布服务请求

rosbag：记录话题记录并复现，可用于采集数据便于后续调试。

// 记录数据
// -a 表示记录所有的数据 (-all)
// -O 表示把数据保存成压缩包，名字为 cmd_record.bag
$ rosbag record -a -O cmd_record

// 复现数据
// 复现数据并不需要启动键盘控制节点，小海龟就会自己动
$ rosbag play cmd_record.bag

注：CTRL + C 可以退出当前正在运行的功能 (如 roscore、循环发布、记录数据等)

3.2 创建工作空间与功能包

工作空间（workspace）是一个存放工程开发相关文件的文件夹，包括：

src：代码空间（Source Space，放功能包）
build：编译空间（Build Space，放编译中间件）
devel：开发空间（Development Space，放编译生成的可执行文件、库、脚本）
install：安装空间（Install Space，和 devel 有重复）

创建工作空间与功能包的命令如下：

在主目录打开终端，依次输入如下命令 (catkin_ws 只是文件夹名称，可自定)
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mkdir catkin_ws
1
cd catkin_ws
1
mkdir src
1
cd src
1
catkin_init_workspace
编译需要回到根目录 catkin_ws
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catkin_make
编译后根目录下有 build、devel、src 三个包，产生 install 包还需要运行
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catkin_make install
创建功能包，使用 catkin_create_pkg
[depend1] [depend2] [depend3] 指令，注意一定要在 src 目录下创建。如：
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cd src
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catkin_create_pkg test_pkg std_msgs rospy roscpp
创建了 src 和 include 文件夹，分别放置代码和头文件；还创建了 CMakeLists.txt 和 package.xml 文件。下面编译功能包，注意要先回到工作空间根目录再执行：
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catkin_make
如果要运行功能包中的程序，需要先设置环境变量：
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source devel/setup.bash
再运行以下指令检查环境变量：
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echo $ROS_PACKAGE_PATH
如果显示出 src 等路径，说明成功。

3.3 package.xml 和 CMakeLists.txt

package.xml 提供功能包的基本信息和依赖信息；如果后面发现有其他依赖包需要添加，可以手动在该文件的相应标签添加上。
CMakeLists.txt 描述功能包的编译规则。