1 ROS2工程结构

1.1 colcon工作空间

colocn工作空间是创建、修改、编译软件包的目录。colcon的工作空间，直观的形容就是一个仓库，里面装载着ROS的各种项目工程，便于系统组织管理调用。

• 创建工作空间：

mkdir -p ~/colcon_ws/src  # 创建文件夹
cd ~/colcon_ws/        # 进入文件夹
colcon build               # 构建工作区中的代码。

注意： colcon 支持选项 --symlink-install 。这允许通过更改 source 空间中的文件（例如 Python 文件或其他未编译的资源）来更改已安装的文件，以加快迭代速度。避免每次修改 python 脚本时都需要重新编译。

colcon build --symlink-install

ROS2工作空间是一个具有特定结构的目录。通常有一个 src 子目录。在该子目录中是 ROS2 包的源代码所在的位置。通常，目录以其他方式为空开始。

colcon 会进行源代码构建。默认情况下，它将创建以下目录作为 src 目录的同级目录：

src/: ROS2的colcon软件包（源代码包）

build/: 存储中间文件的位置。对于每个包，将创建一个子文件夹，例如在其中调用 CMake。

install/: 每个包的安装位置。默认情况下，每个包都将安装到单独的子目录中。

log/: 包含有关每个 colcon 调用的各种日志记录信息。

一个ROS2工作空间目录结构如下所示：

WorkSpace --- 自定义的工作空间。
    |--- build：存储中间文件的目录，该目录下会为每一个功能包创建一个单独子目录。
    |--- install：安装目录，该目录下会为每一个功能包创建一个单独子目录。
    |--- log：日志目录，用于存储日志文件。
    |--- src：用于存储功能包源码的目录。
        |-- C++功能包
            |-- package.xml：包信息，比如:包名、版本、作者、依赖项。
            |-- CMakeLists.txt：配置编译规则，比如源文件、依赖项、目标文件。
            |-- src：C++源文件目录。
            |-- include：头文件目录。
            |-- msg：消息接口文件目录。
            |-- srv：服务接口文件目录。
            |-- action：动作接口文件目录。
        |-- Python功能包
            |-- package.xml：包信息，比如:包名、版本、作者、依赖项。
            |-- setup.py：与C++功能包的CMakeLists.txt类似。
            |-- setup.cfg：功能包基本配置文件。
            |-- resource：资源目录。
            |-- test：存储测试相关文件。
            |-- 功能包同名目录：Python源文件目录。

1.2 ROS2软件包

Package不仅是Linux上的软件包，也是colcon编译得基本单元，我们使用 colcon build 编译的对象就是每个ROS2的package。

创建自己的软件包:

• 使用Python创建软件包的命令语法为：

ros2 pkg create --build-type ament_python <package_name>

• 例如：

ros2 pkg create --build-type ament_python --node-name my_node my_package

2 基本工具命令

在本章中，您将了解ROS2的常用命令工具。

2.1 Topics

ROS 2 将复杂的系统分解为许多模块化节点。 Topics是 ROS 图的重要元素，充当节点交换消息的总线。 Topics是数据在节点之间移动的主要方式之一，因此在系统的不同部分之间移动。

具体参考: 官方教程

• topics 帮助

ros2 topics -h

• 启动turtlesim和键盘控制

ros2 run turtlesim turtlesim_node
ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

• 节点关系图

rqt_graph

• 了解topics相关命令

ros2 topics -h

• 话题列表

ros2 topic list
ros2 topic list -t # 显示相应的消息类型

• 查看话题内容

ros2 topic echo <topic_name>
ros2 topic echo /turtle1/cmd_vel

• 显示话题相关信息，类型

ros2 topic info <topic_name>
# 输出 /turtle1/cmd_vel 话题接口相关信息
ros2 topic info /turtle1/cmd_vel

• 显示接口相关信息

ros2 interface show <msg_type>
# 输出 geometry_msgs/msg/Twist接口相关信息
ros2 interface show geometry_msgs/msg/Twist

• 发布命令

ros2 topic pub <topic_name> <msg_type> '<args>' 
# 发布速度命令
ros2 topic pub --once /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 2.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z: 1.8}}"
# 按一定频率发布速度命令
ros2 topic pub --rate 1 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 2.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z: 1.8}}"

• 查看话题发布的频率

ros2 topic hz <topic_name>
#输出/turtle1/cmd_vel发布频率
ros2 topic pub --rate 1 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 2.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z: 1.8}}"

2.2 Nodes

ROS 中的每个节点都应该负责一个单一的模块用途（例如，一个节点用于控制车轮电机，一个节点用于控制激光测距仪等）。 每个节点都可以通过主题、服务、操作或参数向其他节点发送和接收数据。 一个完整的机器人系统由许多协同工作的节点组成。 在 ROS 2 中，单个可执行文件（C++ 程序、Python 程序等）可以包含一个或多个节点。

具体参考: 官方教程

• nodes 帮助

ros2 nodes -h

• 启动turtlesim和键盘控制

ros2 run turtlesim turtlesim_node
ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

• 查看节点列表

ros2 node list

• 查看节点关系图

rqt_graph

• 重映射

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

• 查看节点信息

ros2 node info <node_name>
ros2 node info /my_turtle

2.3 Services

服务是 ROS 图中节点的另一种通信方法。 服务基于调用和响应模型，而不是主题的发布者-订阅者模型。 虽然主题允许节点订阅数据流并获得持续更新，但服务仅在客户端专门调用时才提供数据。

具体参考: 官方教程

• services 帮助

ros2 service -h

• 启动turtlesim和键盘控制

ros2 run turtlesim turtlesim_node
ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

• 查看服务列表

ros2 service list
# 显示服务列表及消息类型
ros2 service list -t

• 查看服务接收到的消息类型

ros2 service type <service_name>
ros2 service type /clear

• 找到使用某类消息类型的服务

ros2 service find <type_name>
ros2 service find std_srvs/srv/Empty

• 查看服务消息类型定义

ros2 interface show <type_name>.srv
ros2 interface show std_srvs/srv/Empty.srv

• 调用服务命令,清除行走轨迹

ros2 service call <service_name> <service_type>
ros2 service call /clear std_srvs/srv/Empty

• 生成新乌龟

ros2 service call /spawn turtlesim/srv/Spawn "{x: 2, y: 2, theta: 0.2, name: 'turtle2'}"

2.4 Parameters

参数是节点的配置值。 您可以将参数视为节点设置。 节点可以将参数存储为整数、浮点数、布尔值、字符串和列表。 在 ROS 2 中，每个节点都维护自己的参数。 有关参数的更多背景信息，请参阅概念文档。

具体参考: 官方教程

• parameters 帮助

ros2 param -h

• 启动turtlesim和键盘控制

ros2 run turtlesim turtlesim_node
ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

• 查看服务列表

ros2 param list

• 获取参数值

ros2 param get <node_name> <parameter_name>
ros2 param get /turtlesim background_g

• 设置参数值

ros2 param set <node_name> <parameter_name> <value>
ros2 param set /turtlesim background_r 150

• 导出参数值

ros2 param dump <node_name>
ros2 param dump /turtlesim

• 独立导入参数

ros2 param load <node_name> <parameter_file>
ros2 param load /turtlesim ./turtlesim.yaml

• 启动节点同时导入参数

ros2 run <package_name> <executable_name> --ros-args --params-file <file_name>
ros2 run turtlesim turtlesim_node --ros-args --params-file ./turtlesim.yaml

2.5 Actions

动作是 ROS 2 中的一种通信类型，用于长时间运行的任务。 它们由三部分组成：目标、反馈和结果。

操作基于主题和服务。 它们的功能类似于服务，除了操作是可抢占的（您可以在执行时取消它们）。 他们还提供稳定的反馈，而不是返回单一响应的服务。

操作使用客户端-服务器模型，类似于发布者-订阅者模型（在主题教程中描述）。 “动作客户端”节点将目标发送到“动作服务器”节点，该节点确认目标并返回反馈流和结果。

具体参考: 官方教程

• action 帮助

ros2 action -h

• 启动turtlesim和键盘控制

ros2 run turtlesim turtlesim_node
ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

按G|B|V|C|D|E|R|T 实现旋转，按F键盘取消l

• 查看节点action的服务端和客户端

ros2 node info /turtlesim

• 查看动作列表

ros2 action list
ros2 action list -t # 显示动作类型

• 查看动作信息

ros2 action info <action>
ros2 action info /turtle1/rotate_absolute

• 查看动作消息内容

ros2 interface show turtlesim/action/RotateAbsolute

• 发送动作目标信息

ros2 action send_goal <action_name> <action_type>
ros2 action send_goal /turtle1/rotate_absolute turtlesim/action/RotateAbsolute "{theta: 1.57}"
# 带反馈信息
ros2 action send_goal /turtle1/rotate_absolute turtlesim/action/RotateAbsolute "{theta: 0}" --feedback

2.6 RQt

RQt 是一个图形用户界面框架，它以插件的形式实现各种工具和界面。 可以将所有现有的 GUI 工具作为 RQt 中的可停靠窗口运行！ 这些工具仍然可以以传统的独立方式运行，但 RQt 可以更轻松地在单个屏幕布局中管理所有不同的窗口。

具体参考: 官方教程

您可以通过以下方式轻松运行任何 RQt 工具/插件：

rqt

• rqt 帮助

rqt -h

• 启动turtlesim和键盘控制

ros2 run turtlesim turtlesim_node
ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

• 动作浏览器: / Plugins -> Actions ->Action Type Browser

• 参数重配置: / Plugins -> configuration ->Parameter Reconfigure

• 节点图: /Node Graph

• 控制转向: /Plugins -> Robot Tools -> Robot Steering

• 服务调用: /Plugins -> Services -> Service Caller

• 服务类型浏览器: Plugins -> Services -> Service Type Browser

• 消息发布: Plugins -> Topics -> Message Publisher

• 消息类型浏览器: Plugins -> Topics -> Message Type Browser

• 话题列表: Plugins -> Topics -> Topic Monitor

• 绘制曲线图: Plugins -> Visualization -> Plot

• 查看日志: rqt_console

ros2 run rqt_console rqt_console
ros2 run turtlesim turtlesim_node
ros2 topic pub -r 1 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 2.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0,y: 0.0,z: 0.0}}"

2.7 TF2

tf2 是变换库，它允许用户随着时间的推移跟踪多个坐标系。 tf2 以时间缓冲的树结构维护坐标系之间的关系，并让用户在任何需要的时间点在任意两个坐标系之间变换点、向量等。

具体参考: 官方教程

让我们从安装演示包及其依赖项开始。

sudo apt-get install ros-foxy-turtle-tf2-py ros-foxy-tf2-tools ros-foxy-tf-transformations

• 跟随

• launch启动2个小乌龟，第一个小乌龟自动跟随第二个

ros2 launch turtle_tf2_py turtle_tf2_demo.launch.py

• 通过键盘控制第一个小乌龟移动

ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

• 查看TF树

ros2 run tf2_tools view_frames.py
evince frames.pdf

• 查看两个坐标系之间的关系

ros2 run tf2_ros tf2_echo [reference_frame] [target_frame]
ros2 run tf2_ros tf2_echo turtle2 turtle1

• 在rviz上查看TF关系

ros2 run rviz2 rviz2 -d $(ros2 pkg prefix --share turtle_tf2_py)/rviz/turtle_rviz.rviz

2.8 URDF

URDF 是统一机器人描述格式，用于指定 ROS 中的机器人几何和组织。

具体参考: 官方教程

• 完整语法

<robot>
    # describe:
    # Parameters: name=""
    #  Child node:
        <link>
            # Description:
            # Parameters：name=""
            # Child node:
                <visual>
                    # describe:
                    # Parameters:
                    # child nodes: 
                        <geometry>
                            # description
                            # parameters
                            # Child node: 
                                <cylinder />
                                    # Description:
                                    # Parameters:
                                        # length="0.6"
                                        # radius="0.2"
                                <box />
                                    # description
                                    # Parameters:size="0.6 0.1 0.2"
                                <mesh />
                                    #  Description
                                    #Parameters: filename="package://urdf_tutorial/meshes/l_finger_tip.dae"
                        <collision>
                            # Description: collision element, prioritized
                            # parameters
                            # child node 
                                <geometry>
                        <inertial>
                            # description
                            # parameters
                            # Child nodes: 
                                <mass />
                                    # description: mass
                                    # Parameters: value=10
                                <inertia />
                                    # Description: Inertia
                                    # Parameters: i+"Cartesian product of xyz" (9 in total)="0.4"
                        <origin />
                            # Description:
                            # Parameters:
                                # rpy="0 1.5 0"
                                # xyz="0 0 -0.3"
                        <material />
                            # Description
                            # Parameters：name="blue"
        <joint>
            # Description
            # Parameters：
                # name=""
                # type=""
                    # fixed
                    # prismatic
            # child node
                <parent />
                    # Description
                    # Parameters：link=""
                <child />
                    # Description：
                    # Parameters：link=""
                <origin />
                    # Description：
                    # Parameters：xyz="0 -0.2 0.25"
                <limit />
                    # Description
                    # Parameters：
                        # effort="1000.0"    maximum effort
                        # lower="-0.38"      Joint upper limit (radians)
                        # upper="0"          Joint lower limit (radians)
                        # velocity="0.5"     Maximum velocity 
                <axis />
                    # Description： Press ? axis rotation
                    # Parameters：xyz="0 0 1"，along the Z axis
        <material>
            # Description：
            # Parameters：name="blue"
            # child node：
                <color />
                    # description：
                    # Parameters：rgba="0 0 0.8 1"

• 安装依赖库

sudo apt install ros-foxy-joint-state-publisher-gui ros-foxy-joint-state-publisher
sudo apt install ros-foxy-xacro

• 下载源代码

cd ~/dev_ws  
git clone -b ros2 https://github.com/ros/urdf_tutorial.git src/urdf_tutorial

• 编译源代码

colcon build --packages-select urdf_tutorial

• 运行示例

ros2 launch urdf_tutorial display.launch.py model:=urdf/01-myfirst.urdf

2.9 Launch

ROS 2 中的启动系统负责帮助用户描述他们系统的配置，然后按照描述执行。 系统的配置包括要运行的程序、运行它们的位置、传递给它们的参数，以及 ROS 特定的约定，这些约定通过为每个组件提供不同的配置，使得在整个系统中重用组件变得容易。 它还负责监视已启动流程的状态，并报告和/或响应这些流程状态的变化。

用 Python、XML 或 YAML 编写的launch文件可以启动和停止不同的节点，以及触发和处理各种事件。

具体参考: 官方教程

Setup

创建一个新目录来存储您的launch文件：

mkdir launch

编写启动文件

让我们使用 turtlesim 包及其可执行文件将 ROS 2 启动文件放在一起。 正如刚才提到的。

将完整代码复制并粘贴到 launch/turtlesim_mimic_launch.py 文件中：

from launch import LaunchDescription
from launch_ros.actions import Node

def generate_launch_description():
    return LaunchDescription([
        Node(
            package='turtlesim',
            namespace='turtlesim1',
            executable='turtlesim_node',
            name='sim'
        ),
        Node(
            package='turtlesim',
            namespace='turtlesim2',
            executable='turtlesim_node',
            name='sim'
        ),
        Node(
            package='turtlesim',
            executable='mimic',
            name='mimic',
            remappings=[
                ('/input/pose', '/turtlesim1/turtle1/pose'),
                ('/output/cmd_vel', '/turtlesim2/turtle1/cmd_vel'),
            ]
        )
    ])

运行ros2启动文件

要运行上面创建的launch文件，请进入您之前创建的目录并运行以下命令：

语法格式为：

ros2 launch <package_name> <launch_file_name>

cd launch
ros2 launch turtlesim_mimic_launch.py

• launch 帮助

ros2 launch -h

• 运行节点

ros2 launch turtlesim multisim.launch.py

• 查看launch文件有哪些参数

ros2 launch turtlebot3_fake_node turtlebot3_fake_node.launch.py -s
ros2 launch turtlebot3_fake_node turtlebot3_fake_node.launch.py --show-arguments
ros2 launch turtlebot3_bringup robot.launch.launch.py -s

• 运行launch文件带参数

ros2 launch turtlebot3_bringup robot.launch.launch.py usb_port:=/dev/opencr

• 运行节点并调试

ros2 launch turtlesim turtlesim_node.launch.py -d

• 只输出节点描述

ros2 launch turtlesim turtlesim_node.launch.py -p

• 运行组件

ros2 launch composition composition_demo.launch.py

2.10 Run

run用于运行单个节点，组件程序。

• run 帮助

ros2 run -h

• 运行节点

ros2 run turtlesim turtlesim_node

• 运行节点带参数

ros2 run turtlesim turtlesim_node --ros-args -r __node:=turtle2 -r __ns:=/ns2

• 运行组件容器

ros2 run rclcpp_components component_container

• 运行组件

ros2 run composition manual_composition

2.11 Package

一个包可以被认为是你的 ROS 2 代码的容器。 如果您希望能够安装您的代码或与他人共享，那么您需要将其组织在一个包中。 借助软件包，您可以发布您的 ROS 2 作品并允许其他人轻松构建和使用它。

ROS 2 中的包创建使用 ament 作为其构建系统，并使用 colcon 作为其构建工具。 您可以使用官方支持的 CMake 或 Python 创建包，但确实存在其他构建类型。

具体参数: 官方教程

创建工作空间

为每个新工作区创建一个新目录。 名称并不重要，但它有助于表明工作区的用途。 让我们为“开发工作区”选择目录名称 ros2_ws：

mkdir -p ~/ros2_ws/src
cd ~/ros2_ws/src

• pkg 帮助

ros2 pkg -h

• 列出功能包

ros2 pkg executable turtlesim

• 输出某个功能包可执行程序

ros2 pkg executable turtlesim

• 创建Python功能包

在运行包创建命令之前，请确保您位于 src 文件夹中。

cd ~/ros2_ws/src

在 ROS 2 中创建新包的命令语法是：

ros2 pkg create --build-type ament_python <package_name>
# 您将使用可选参数 --node-name 在包中创建一个简单的 Hello World 类型可执行文件。
ros2 pkg create --build-type ament_python --node-name my_node my_package

• 构建package

将包放在工作区中特别有价值，因为您可以通过在工作区根目录中运行 colcon build 来一次构建许多包。 否则，您将不得不单独构建每个包。

# 返回到工作区目录：
cd ~/ros2_ws
# 现在你可以构建你的包：
colcon build

• Source setup文件

要使用您的新包和可执行文件，首先打开一个新终端并获取您的主要 ROS 2 安装源。

然后，从 ros2_ws 目录中，运行以下命令来获取您的工作空间：

source install/setup.bash

现在您的工作区已添加到您的路径中，您将能够使用新包的可执行文件。

• 使用 package

要运行您在包创建期间使用 --node-name 参数创建的可执行文件，请输入以下命令：

ros2 run my_package my_node

← 上一页 | 下一页 →