Ubuntu 系统下如何搭建 ROS 工程

创建 Catkin 工作空间

建立工作空间目录

1. 打开终端，创建工作空间（例如命名为 catkin_ws）及其源代码目录 src：

mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd ~/catkin_ws

2. 初始化并构建工作空间：
在 ~/catkin_ws 目录下执行

catkin_make

该命令会生成以下目录：

• build/：保存编译过程中生成的中间文件和构建文件。
• devel/：开发空间，存放编译后生成的可执行文件、库、配置脚本（如 setup.bash），用于设置 ROS 环境变量。

3. （可选）安装到指定目录：
如果需要将工程安装到系统指定目录，可执行

catkin_make install

这样会生成 install/ 目录，存放安装后的文件。

ROS 工程的目录结构及作用

在 catkin_ws/src 中，每个 ROS 包通常遵循如下目录结构

my_package/
├── package.xml        # 包描述文件，记录包名称、版本、依赖、作者等信息
├── CMakeLists.txt     # 编译构建规则，定义如何编译、链接、安装包内的代码
├── src/               # 存放源代码（例如 C++ 的 .cpp 文件或 Python 脚本）
├── include/           # 存放公共头文件（主要用于 C++），便于模块间共享接口
├── launch/            # 存放 ROS 启动文件（.launch），用于配置和启动多个节点
├── msg/               # 自定义消息定义文件（.msg），用于节点间数据通信
├── srv/               # 自定义服务定义文件（.srv），用于同步请求-响应交互
├── action/            # 自定义动作定义文件（.action），用于长时间任务并提供反馈
├── config/            # 存放配置文件（如 YAML 格式），在节点启动时加载参数
└── scripts/           # 存放可执行脚本（如 Python 脚本），需赋予可执行权限
 

• package.xml 与 CMakeLists.txt：ROS 系统通过这两个文件来识别包、解析依赖以及完成编译链接工作。
• src/：放置实际的源代码，实现功能的主要逻辑。
• include/：主要放置头文件，方便其他源文件调用共享接口。
• launch/：集中管理启动多个节点的配置，便于调试和部署整个系统。
• msg/、srv/、action/：分别用于定义消息、服务和动作接口，以便不同节点之间实现自定义通信。
• config/：保存程序运行时所需的参数配置文件。
• scripts/：适合存放 Python 脚本或其它解释型语言的程序，通过 rosrun 命令启动时直接执行。

添加一个包和一个节点

创建 ROS 包

切换到工作空间的 src 目录：

cd ~/catkin_ws/src

使用 catkin_create_pkg 命令创建包（本例中命名为 my_package，依赖 rospy 和 std_msgs）

catkin_create_pkg my_package rospy std_msgs

该命令会在 my_package 下生成基本的包结构，包括 package.xml 和 CMakeLists.txt。
你可以根据需要在包内手动添加目录（如 scripts/、launch/ 等）

添加一个节点

以 Python 节点为例：

在 my_package 下创建 scripts 目录：

cd ~/catkin_ws/src/my_package
mkdir scripts

在 scripts 目录中创建一个名为 hello_node.py 的文件，并写入如下代码：

#!/usr/bin/env python
import rospy
from std_msgs.msg import String

def talker():
    # 初始化节点，节点名为 'hello_node'
    rospy.init_node('hello_node', anonymous=True)
    # 创建一个发布者，向主题 'chatter' 发布 String 类型消息
    pub = rospy.Publisher('chatter', String, queue_size=10)
    rate = rospy.Rate(1)  # 1Hz 发布频率
    while not rospy.is_shutdown():
        hello_str = "Hello ROS at %s" % rospy.get_time()
        rospy.loginfo(hello_str)
        pub.publish(hello_str)
        rate.sleep()

if __name__ == '__main__':
    try:
        talker()
    except rospy.ROSInterruptException:
        pass

保存后，为该脚本赋予可执行权限：

chmod +x scripts/hello_node.py

编译与启动节点

编译工作空间

返回工作空间根目录：

cd ~/catkin_ws

编译

catkin_make

如果包中新增了 Python 脚本，不需要额外编译，但最好编译以确保包的其他部分无误。

配置 ROS 环境

每次开启终端时需 source 工作空间的环境变量：

source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

启动节点

方式一：使用 rosrun 启动节点

rosrun my_package hello_node.py

方式二：使用 launch 文件启动

在 my_package 下创建 launch 目录：

cd ~/catkin_ws/src/my_package
mkdir launch

在 launch 目录下创建文件 hello_launch.launch，内容如下：

启动 launch 文件：

roslaunch my_package hello_launch.launch

总结

• 工作空间搭建
  • 创建 catkin_ws 及其 src 目录，使用 catkin_make 初始化生成 build/ 与 devel/。
• ROS 包目录结构
  • package.xml 与 CMakeLists.txt 定义包信息和构建规则；src/ 存源代码；include/ 存头文件；launch/ 存放启动文件；msg/、srv/、action/ 分别定义自定义通信接口；config/ 存参数配置；scripts/ 存可执行脚本。
• 添加包和节点
  • 使用 catkin_create_pkg my_package rospy std_msgs 创建包；
  • 在包中新增 scripts/hello_node.py 节点（示例为发布简单消息的 Python 节点），记得赋予可执行权限。
• 编译与启动
  • 编译工作空间，source 环境变量，然后使用 rosrun 或 roslaunch 启动节点。