机器人运动学仿真软件：ROS (Robot Operating System)_（1）.ROS基础知识

ROS基础知识

1. ROS环境搭建

1.1 安装ROS

ROS（Robot Operating System）是一个用于机器人开发的开源框架，提供了许多工具和库来帮助开发者构建复杂的机器人应用。在开始使用ROS之前，首先需要搭建一个合适的开发环境。以下是在Ubuntu 20.04上安装ROS Noetic的步骤：

步骤1：设置源

打开终端，添加ROS的官方软件源：

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

步骤2：安装密钥

安装ROS的密钥以确保软件包的完整性：

sudo apt install curl

curl -s https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.asc | sudo apt-key add -

步骤3：更新软件包索引

更新软件包索引以确保获取最新的ROS软件包信息：

sudo apt update

步骤4：安装ROS

安装ROS Noetic桌面全版本，包含ROS、rqt、RViz、仿真工具等：

sudo apt install ros-noetic-desktop-full

步骤5：初始化ROS环境

安装ROS环境初始化工具rosdep，并初始化环境：

sudo rosdep init

rosdep update

步骤6：配置环境变量

将ROS的环境变量添加到系统中，以便在终端中使用ROS命令：

echo "source /opt/ros/noetic/setup.bash" >> ~/.bashrc

source ~/.bashrc

步骤7：安装依赖项

安装一些常用的ROS依赖项：

sudo apt install python3-rosinstall python3-rosinstall-generator python3-wstool build-essential

1.2 创建ROS工作空间

在ROS中，工作空间（workspace）是组织和管理项目的目录结构。创建一个ROS工作空间的步骤如下：

步骤1：创建目录

创建一个名为catkin_ws的工作空间目录：

mkdir -p ~/catkin_ws/src

cd ~/catkin_ws/

步骤2：初始化工作空间

使用catkin工具初始化工作空间：

catkin_init_workspace src

步骤3：编译工作空间

编译工作空间，生成可执行文件和库：

cd ~/catkin_ws/

catkin_make

步骤4：配置环境变量

将工作空间的环境变量添加到系统中：

echo "source ~/catkin_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc

source ~/.bashrc

2. ROS节点和消息

2.1 ROS节点

在ROS中，节点（node）是执行特定功能的可执行程序。节点通过ROS通信机制与其他节点交换数据。以下是一个简单的ROS节点示例，该节点发布一个消息。

示例：创建一个发布消息的节点

1. 创建一个新的ROS包

   
   cd ~/catkin_ws/src
   
   catkin_create_pkg my_robot_pub_node rospy std_msgs
   
   

2. 编写发布消息的节点

   在my_robot_pub_node包的src目录下创建一个Python文件talker.py：

   
   #!/usr/bin/env python
   
   
   
   import rospy
   
   from std_msgs.msg import String
   
   
   
   def talker():
   
       # 初始化节点
   
       rospy.init_node('my_robot_talker', anonymous=True)
   
       # 创建一个发布者，发布到名为'chatter'的topic
   
       pub = rospy.Publisher('chatter', String, queue_size=10)
   
       # 设置发布频率
   
       rate = rospy.Rate(1)  # 1 Hz
   
       while not rospy.is_shutdown():
   
           # 发布消息
   
           message = "Hello, ROS!"
   
           rospy.loginfo(message)
   
           pub.publish(message)
   
           rate.sleep()
   
   
   
   if __name__ == '__main__':
   
       try:
   
           talker()
   
       except rospy.ROSInterruptException:
   
           pass
   
   

3. 使脚本可执行

   
   chmod +x ~/catkin_ws/src/my_robot_pub_node/src/talker.py
   
   

4. 编译工作空间

   
   cd ~/catkin_ws
   
   catkin_make
   
   

5. 运行节点

   
   source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
   
   rosrun my_robot_pub_node talker.py
   
   

2.2 ROS消息

消息（message）是ROS节点之间通信的基本数据结构。ROS提供了多种消息类型，包括std_msgs、sensor_msgs等。

示例：订阅消息

1. 创建一个新的ROS包

   
   cd ~/catkin_ws/src
   
   catkin_create_pkg my_robot_sub_node rospy std_msgs
   
   

2. 编写订阅消息的节点

   在my_robot_sub_node包的src目录下创建一个Python文件listener.py：

   
   #!/usr/bin/env python
   
   
   
   import rospy
   
   from std_msgs.msg import String
   
   
   
   def callback(data):
   
       # 回调函数，处理接收到的消息
   
       rospy.loginfo("I heard: %s", data.data)
   
   
   
   def listener():
   
       # 初始化节点
   
       rospy.init_node('my_robot_listener', anonymous=True)
   
       # 订阅名为'chatter'的topic
   
       rospy.Subscriber('chatter', String, callback)
   
       # 保持节点运行
   
       rospy.spin()
   
   
   
   if __name__ == '__main__':
   
       listener()
   
   

3. 使脚本可执行

   
   chmod +x ~/catkin_ws/src/my_robot_sub_node/src/listener.py
   
   

4. 编译工作空间

   
   cd ~/catkin_ws
   
   catkin_make
   
   

5. 运行订阅节点

   
   source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
   
   rosrun my_robot_sub_node listener.py
   
   

3. ROS服务和客户端

3.1 ROS服务

服务（service）是一种同步的通信机制，允许一个节点请求另一个节点执行特定的任务。服务由服务请求（service request）和服务响应（service response）组成。

示例：创建一个简单的服务

1. 定义服务

   在my_robot_service包的srv目录下创建一个服务文件AddTwoInts.srv：

   
   int64 a
   
   int64 b
   
   ---
   
   int64 sum
   
   

2. 创建服务服务器

   在my_robot_service包的src目录下创建一个Python文件add_two_ints_server.py：

   
   #!/usr/bin/env python
   
   
   
   import rospy
   
   from my_robot_service.srv import AddTwoInts, AddTwoIntsResponse
   
   
   
   def handle_add_two_ints(req):
   
       # 处理服务请求
   
       result = req.a + req.b
   
       rospy.loginfo("Returning [%s + %s = %s]", req.a, req.b, result)
   
       return AddTwoIntsResponse(result)
   
   
   
   def add_two_ints_server():
   
       # 初始化节点
   
       rospy.init_node('add_two_ints_server')
   
       # 创建一个服务服务器，服务名为'add_two_ints'
   
       s = rospy.Service('add_two_ints', AddTwoInts, handle_add_two_ints)
   
       rospy.loginfo("Ready to add two ints.")
   
       rospy.spin()
   
   
   
   if __name__ == "__main__":
   
       add_two_ints_server()
   
   

3. 创建服务客户端

   在my_robot_service包的src目录下创建一个Python文件add_two_ints_client.py：

   
   #!/usr/bin/env python
   
   
   
   import rospy
   
   from my_robot_service.srv import AddTwoInts
   
   
   
   def add_two_ints_client(x, y):
   
       # 等待服务可用
   
       rospy.wait_for_service('add_two_ints')
   
       try:
   
           # 创建服务代理
   
           add_two_ints = rospy.ServiceProxy('add_two_ints', AddTwoInts)
   
           # 调用服务
   
           resp = add_two_ints(x, y)
   
           return resp.sum
   
       except rospy.ServiceException as e:
   
           rospy.logerr("Service call failed: %s", e)
   
   
   
   if __name__ == "__main__":
   
       rospy.init_node('add_two_ints_client')
   
       x = 7
   
       y = 8
   
       result = add_two_ints_client(x, y)
   
       rospy.loginfo("Result: %s + %s = %s", x, y, result)
   
   

4. 编译工作空间

   
   cd ~/catkin_ws
   
   catkin_make
   
   

5. 运行服务服务器

   
   source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
   
   rosrun my_robot_service add_two_ints_server.py
   
   

6. 运行服务客户端

   
   source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
   
   rosrun my_robot_service add_two_ints_client.py
   
   

3.2 参数服务器

参数服务器（Parameter Server）是ROS中用于存储和管理参数的全局数据库。节点可以通过参数服务器读取和设置参数。

示例：使用参数服务器

1. 创建一个新的ROS包

   
   cd ~/catkin_ws/src
   
   catkin_create_pkg my_robot_param_node rospy std_msgs
   
   

2. 编写设置参数的节点

   在my_robot_param_node包的src目录下创建一个Python文件set_param.py：

   
   #!/usr/bin/env python
   
   
   
   import rospy
   
   
   
   def set_param():
   
       # 初始化节点
   
       rospy.init_node('set_param_node', anonymous=True)
   
       # 设置参数
   
       rospy.set_param('my_robot_param', 42)
   
       rospy.loginfo("Set parameter 'my_robot_param' to 42")
   
   
   
   if __name__ == '__main__':
   
       set_param()
   
   

3. 编写读取参数的节点

   在my_robot_param_node包的src目录下创建一个Python文件get_param.py：

   
   #!/usr/bin/env python
   
   
   
   import rospy
   
   
   
   def get_param():
   
       # 初始化节点
   
       rospy.init_node('get_param_node', anonymous=True)
   
       # 读取参数
   
       param = rospy.get_param('my_robot_param', 'default_value')
   
       rospy.loginfo("Parameter 'my_robot_param': %s", param)
   
   
   
   if __name__ == '__main__':
   
       get_param()
   
   

4. 编译工作空间

   
   cd ~/catkin_ws
   
   catkin_make
   
   

5. 运行设置参数的节点

   
   source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
   
   rosrun my_robot_param_node set_param.py
   
   

6. 运行读取参数的节点

   
   source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
   
   rosrun my_robot_param_node get_param.py
   
   

4. ROS话题和消息类型

4.1 话题

话题（topic）是ROS中用于发布和订阅消息的通信通道。一个节点可以发布消息到话题，另一个节点可以订阅该话题并接收消息。

示例：创建自定义消息类型

1. 定义消息

   在my_robot_msg包的msg目录下创建一个消息文件CustomMessage.msg：

   
   int64 id
   
   string name
   
   float64 value
   
   

2. 编译消息

   修改my_robot_msg包的CMakeLists.txt文件，添加以下内容：

   
   find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
   
     rospy
   
     std_msgs
   
     message_generation
   
   )
   
   
   
   add_message_files(
   
     FILES
   
     CustomMessage.msg
   
   )
   
   
   
   generate_messages(
   
     DEPENDENCIES
   
     std_msgs
   
   )
   
   
   
   catkin_package(
   
     CATKIN_DEPENDS message_runtime
   
   )
   
   

3. 编译工作空间

   
   cd ~/catkin_ws
   
   catkin_make
   
   

4. 创建发布自定义消息的节点

   在my_robot_msg包的src目录下创建一个Python文件custom_talker.py：

   
   #!/usr/bin/env python
   
   
   
   import rospy
   
   from my_robot_msg.msg import CustomMessage
   
   
   
   def custom_talker():
   
       # 初始化节点
   
       rospy.init_node('custom_talker', anonymous=True)
   
       # 创建一个发布者，发布到名为'custom_chatter'的topic
   
       pub = rospy.Publisher('custom_chatter', CustomMessage, queue_size=10)
   
       # 设置发布频率
   
       rate = rospy.Rate(1)  # 1 Hz
   
       while not rospy.is_shutdown():
   
           # 创建并发布自定义消息
   
           message = CustomMessage()
   
           message.id = 1
   
           message.name = "Custom Message"
   
           message.value = 3.14
   
           rospy.loginfo("Publishing: %s", message)
   
           pub.publish(message)
   
           rate.sleep()
   
   
   
   if __name__ == '__main__':
   
       try:
   
           custom_talker()
   
       except rospy.ROSInterruptException:
   
           pass
   
   

5. 创建订阅自定义消息的节点

   在my_robot_msg包的src目录下创建一个Python文件custom_listener.py：

   
   #!/usr/bin/env python
   
   
   
   import rospy
   
   from my_robot_msg.msg import CustomMessage
   
   
   
   def callback(data):
   
       # 回调函数，处理接收到的消息
   
       rospy.loginfo("Received: %s, %s, %s", data.id, data.name, data.value)
   
   
   
   def custom_listener():
   
       # 初始化节点
   
       rospy.init_node('custom_listener', anonymous=True)
   
       # 订阅名为'custom_chatter'的topic
   
       rospy.Subscriber('custom_chatter', CustomMessage, callback)
   
       # 保持节点运行
   
       rospy.spin()
   
   
   
   if __name__ == '__main__':
   
       custom_listener()
   
   

6. 编译工作空间

   
   cd ~/catkin_ws
   
   catkin_make
   
   

7. 运行发布节点

   
   source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
   
   rosrun my_robot_msg custom_talker.py
   
   

8. 运行订阅节点

   
   source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
   
   rosrun my_robot_msg custom_listener.py
   
   

4.2 消息类型

ROS提供了多种消息类型，包括基本数据类型和复杂数据类型。常用的消息类型有std_msgs、sensor_msgs、geometry_msgs等。

示例：使用geometry_msgs中的Pose消息

1. 创建一个新的ROS包

   
   cd ~/catkin_ws/src
   
   catkin_create_pkg my_robot_pose_node rospy geometry_msgs
   
   

2. 编写发布Pose消息的节点

   在my_robot_pose_node包的src目录下创建一个Python文件pose_talker.py：

   
   #!/usr/bin/env python
   
   
   
   import rospy
   
   from geometry_msgs.msg import Pose
   
   
   
   def pose_talker():
   
       # 初始化节点
   
       rospy.init_node('pose_talker', anonymous=True)
   
       # 创建一个发布者，发布到名为'pose_chatter'的topic
   
       pub = rospy.Publisher('pose_chatter', Pose, queue_size=10)
   
       # 设置发布频率
   
       rate = rospy.Rate(1)  # 1 Hz
   
       while not rospy.is_shutdown():
   
           # 创建并发布`Pose`消息
   
           pose = Pose()
   
           pose.position.x = 1.0
   
           pose.position.y = 2.0
   
           pose.position.z = 3.0
   
           pose.orientation.x = 0.0
   
           pose.orientation.y = 0.0
   
           pose.orientation.z = 0.0
   
           pose.orientation.w = 1.0
   
           rospy.loginfo("Publishing: %s", pose)
   
           pub.publish(pose)
   
           rate.sleep()
   
   
   
   if __name__ == '__main__':
   
       try:
   
           pose_talker()
   
       except rospy.ROSInterruptException:
   
           pass
   
   

3. 编写订阅Pose消息的节点

   在my_robot_pose_node包的src目录下创建一个Python文件pose_listener.py：

   
   #!/usr/bin/env python
   
   
   
   import rospy
   
   from geometry_msgs.msg import Pose
   
   
   
   def callback(data):
   
       # 回调函数，处理接收到的消息
   
       rospy.loginfo("Received Pose: Position (%s, %s, %s), Orientation (%s, %s, %s, %s)",
   
                    data.position.x, data.position.y, data.position.z,
   
                    data.orientation.x, data.orientation.y, data.orientation.z, data.orientation.w)
   
   
   
   def pose_listener():
   
       # 初始化节点
   
       rospy.init_node('pose_listener', anonymous=True)
   
       # 订阅名为'pose_chatter'的topic
   
       rospy.Subscriber('pose_chatter', Pose, callback)
   
       # 保持节点运行
   
       rospy.spin()
   
   
   
   if __name__ == '__main__':
   
       pose_listener()
   
   

4. 编译工作空间

   
   cd ~/catkin_ws
   
   catkin_make
   
   

5. 运行发布节点

   
   source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
   
   rosrun my_robot_pose_node pose_talker.py
   
   

6. 运行订阅节点

   
   source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
   
   rosrun my_robot_pose_node pose_listener.py
   
   

5. ROS动作（Action）

5.1 动作概念

动作（action）是ROS中用于处理长时间任务的异步通信机制。动作通常用于执行可能需要较长时间才能完成的任务，如导航或抓取物体。

示例：创建一个简单的动作

1. 定义动作

   在my_robot_action包的action目录下创建一个动作文件Fibonacci.action：

   
   int32 order
   
   ---
   
   int32[] sequence
   
   ---
   
   int32 percent_complete
   
   

2. 编译动作

   修改my_robot_action包的CMakeLists.txt文件，添加以下内容：

   
   find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
   
     rospy
   
     actionlib
   
     actionlib_msgs
   
     message_generation
   
   )
   
   
   
   add_action_files(
   
     FILES
   
     Fibonacci.action
   
   )
   
   
   
   generate_messages(
   
     DEPENDENCIES
   
     std_msgs
   
     actionlib_msgs
   
   )
   
   
   
   catkin_package(
   
     CATKIN_DEPENDS rospy actionlib message_runtime
   
   )
   
   

3. 编译工作空间

   
   cd ~/catkin_ws
   
   catkin_make
   
   

5.2 创建动作服务器

1. 创建一个新的ROS包

   
   cd ~/catkin_ws/src
   
   catkin_create_pkg my_robot_action rospy actionlib
   
   

2. 编写动作服务器

   在my_robot_action包的src目录下创建一个Python文件fibonacci_server.py：

   
   #!/usr/bin/env python
   
   
   
   import rospy
   
   import actionlib
   
   from my_robot_action.msg import FibonacciAction, FibonacciGoal, FibonacciResult, FibonacciFeedback
   
   
   
   def fibonacci_server():
   
       # 初始化节点
   
       rospy.init_node('fibonacci_server')
   
       # 创建动作服务器
   
       server = actionlib.SimpleActionServer('fibonacci', FibonacciAction, execute_cb=execute_callback, auto_start=False)
   
       server.start()
   
       rospy.loginfo("Fibonacci Action Server started.")
   
   
   
   def execute_callback(goal):
   
       # 获取目标值
   
       order = goal.order
   
       rospy.loginfo("Fibonacci goal received: %d", order)
   
       # 生成斐波那契数列
   
       sequence = [0, 1]
   
       feedback = FibonacciFeedback()
   
       result = FibonacciResult()
   
       for i in range(2, order):
   
           sequence.append(sequence[i-1] + sequence[i-2])
   
           # 发送反馈
   
           feedback.percent_complete = int((i / order) * 100)
   
           server.publish_feedback(feedback)
   
           rospy.sleep(1)
   
       # 设置结果
   
       result.sequence = sequence
   
       server.set_succeeded(result)
   
       rospy.loginfo("Fibonacci sequence: %s", sequence)
   
   
   
   if __name__ == '__main__':
   
       fibonacci_server()
   
   

3. 使脚本可执行

   
   chmod +x ~/catkin_ws/src/my_robot_action/src/fibonacci_server.py
   
   

4. 编译工作空间

   
   cd ~/catkin_ws
   
   catkin_make
   
   

5. 运行动作服务器

   
   source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
   
   rosrun my_robot_action fibonacci_server.py
   
   

5.3 创建动作客户端

1. 编写动作客户端

   在my_robot_action包的src目录下创建一个Python文件fibonacci_client.py：

   
   #!/usr/bin/env python
   
   
   
   import rospy
   
   import actionlib
   
   from my_robot_action.msg import FibonacciAction, FibonacciGoal
   
   
   
   def fibonacci_client():
   
       # 初始化节点
   
       rospy.init_node('fibonacci_client')
   
       # 创建动作客户端
   
       client = actionlib.SimpleActionClient('fibonacci', FibonacciAction)
   
       # 等待动作服务器启动
   
       client.wait_for_server()
   
       # 创建目标并发送
   
       goal = FibonacciGoal()
   
       goal.order = 10
   
       client.send_goal(goal, done_cb=done_callback, feedback_cb=feedback_callback)
   
       # 等待动作完成
   
       client.wait_for_result()
   
       return client.get_result()
   
   
   
   def done_callback(status, result):
   
       # 动作完成回调
   
       rospy.loginfo("Action completed with status: %d", status)
   
       rospy.loginfo("Result sequence: %s", result.sequence)
   
   
   
   def feedback_callback(feedback):
   
       # 动作反馈回调
   
       rospy.loginfo("Feedback: %d%% complete", feedback.percent_complete)
   
   
   
   if __name__ == '__main__':
   
       try:
   
           result = fibonacci_client()
   
           rospy.loginfo("Fibonacci sequence: %s", result.sequence)
   
       except rospy.ROSInterruptException:
   
           pass
   
   

2. 使脚本可执行

   
   chmod +x ~/catkin_ws/src/my_robot_action/src/fibonacci_client.py
   
   

3. 编译工作空间

   
   cd ~/catkin_ws
   
   catkin_make
   
   

4. 运行动作客户端

   
   source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
   
   rosrun my_robot_action fibonacci_client.py
   
   

6. ROS参数服务器

6.1 参数服务器概念

参数服务器（Parameter Server）是ROS中用于存储和管理参数的全局数据库。节点可以通过参数服务器读取和设置参数，从而实现配置的动态管理和共享。

6.2 参数服务器的使用

示例：使用参数服务器

1. 创建一个新的ROS包

   
   cd ~/catkin_ws/src
   
   catkin_create_pkg my_robot_param_node rospy std_msgs
   
   

2. 编写设置参数的节点

   在my_robot_param_node包的src目录下创建一个Python文件set_param.py：

   
   #!/usr/bin/env python
   
   
   
   import rospy
   
   
   
   def set_param():
   
       # 初始化节点
   
       rospy.init_node('set_param_node', anonymous=True)
   
       # 设置参数
   
       rospy.set_param('my_robot_param', 42)
   
       rospy.loginfo("Set parameter 'my_robot_param' to 42")
   
   
   
   if __name__ == '__main__':
   
       set_param()
   
   

3. 编写读取参数的节点

   在my_robot_param_node包的src目录下创建一个Python文件get_param.py：

   
   #!/usr/bin/env python
   
   
   
   import rospy
   
   
   
   def get_param():
   
       # 初始化节点
   
       rospy.init_node('get_param_node', anonymous=True)
   
       # 读取参数
   
       param = rospy.get_param('my_robot_param', 'default_value')
   
       rospy.loginfo("Parameter 'my_robot_param': %s", param)
   
   
   
   if __name__ == '__main__':
   
       get_param()
   
   

4. 编译工作空间

   
   cd ~/catkin_ws
   
   catkin_make
   
   

5. 运行设置参数的节点

   
   source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
   
   rosrun my_robot_param_node set_param.py
   
   

6. 运行读取参数的节点

   
   source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
   
   rosrun my_robot_param_node get_param.py
   
   

6.3 动态参数管理

ROS还提供了动态参数管理工具dynamic_reconfigure，允许在运行时动态调整节点的参数。

示例：使用动态参数管理

1. 创建一个新的ROS包

   
   cd ~/catkin_ws/src
   
   catkin_create_pkg my_robot_dynamic_param_node rospy dynamic_reconfigure
   
   

2. 定义动态参数配置

   在my_robot_dynamic_param_node包的cfg目录下创建一个配置文件DynamicParamConfig.cfg：

   
   #!/usr/bin/env python
   
   
   
   from dynamic_reconfigure.parameter_generator_catkin import *
   
   
   
   gen = ParameterGenerator()
   
   gen.add("int_param", int_t, 0, "An integer parameter", 5)
   
   gen.add("double_param", double_t, 0, "A double parameter", 1.0, 0.0, 10.0)
   
   gen.add("str_param", str_t, 0, "A string parameter", "default_value")
   
   gen.add("bool_param", bool_t, 0, "A boolean parameter", True)
   
   
   
   exit(gen.generate("my_robot_dynamic_param_node", "DynamicParamConfig"))
   
   

3. 编写动态参数管理的节点

   在my_robot_dynamic_param_node包的src目录下创建一个Python文件dynamic_param_node.py：

   
   #!/usr/bin/env python
   
   
   
   import rospy
   
   from dynamic_reconfigure.server import Server
   
   from my_robot_dynamic_param_node.cfg import DynamicParamConfig
   
   
   
   def callback(config, level):
   
       rospy.loginfo("Reconfigure request: {int_param}, {double_param}, {str_param}, {bool_param}".format(**config))
   
       return config
   
   
   
   if __name__ == '__main__':
   
       rospy.init_node('dynamic_param_node', anonymous=True)
   
       srv = Server(DynamicParamConfig, callback)
   
       rospy.spin()
   
   

4. 使脚本可执行

   
   chmod +x ~/catkin_ws/src/my_robot_dynamic_param_node/src/dynamic_param_node.py
   
   

5. 编译工作空间

   
   cd ~/catkin_ws
   
   catkin_make
   
   

6. 运行动态参数管理节点

   
   source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
   
   rosrun my_robot_dynamic_param_node dynamic_param_node.py
   
   

7. 使用rqt_reconfigure工具调整参数

   
   rosrun rqt_reconfigure rqt_reconfigure
   
   

7. ROS可视化工具

7.1 RViz

RViz是ROS中的可视化工具，用于查看机器人传感器数据、轨迹、模型等。以下是如何使用RViz的基本步骤：

1. 安装RViz

   
   sudo apt install ros-noetic-rviz
   
   

2. 启动RViz

   
   rosrun rviz rviz
   
   

3. 添加显示

   在RViz中，可以通过“Add”按钮添加不同的显示类型，如LaserScan、Pose、Marker等。

7.2 rqt

rqt是一个可扩展的ROS可视化框架，提供了多种插件来帮助开发者进行调试和监控。

1. 安装rqt

   
   sudo apt install ros-noetic-rqt
   
   

2. 启动rqt

   
   rqt
   
   

3. 使用插件

   在rqt中，可以通过“Plugins”菜单选择不同的插件，如rqt_logger、rqt_graph、rqt_console等。

8. ROS调试和监控

8.1 使用rostopic命令

rostopic命令用于查看和调试ROS话题。以下是一些常用的rostopic命令：

• 查看所有话题

  
  rostopic list
  
  

• 查看话题类型

  
  rostopic type /topic_name
  
  

• 发布测试消息

  
  rostopic pub /topic_name std_msgs/String "Hello, ROS!"
  
  

• 查看话题消息

  
  rostopic echo /topic_name
  
  

8.2 使用rosservice命令

rosservice命令用于查看和调试ROS服务。以下是一些常用的rosservice命令：

• 查看所有服务

  
  rosservice list
  
  

• 查看服务类型

  
  rosservice type /service_name
  
  

• 调用服务

  
  rosservice call /service_name "10"
  
  

8.3 使用rqt_graph工具

rqt_graph工具用于可视化ROS节点和话题之间的通信关系。启动rqt_graph：

rqt_graph

8.4 使用rqt_console工具

rqt_console工具用于查看ROS节点的输出日志。启动rqt_console：

rqt_console

9. ROS仿真工具

9.1 Gazebo

Gazebo是一个3D仿真环境，可以用于模拟机器人在各种环境中的行为。以下是在ROS中使用Gazebo的基本步骤：

1. 安装Gazebo

   
   sudo apt install ros-noetic-gazebo-ros-pkgs ros-noetic-gazebo-ros
   
   

2. 启动Gazebo

   
   roslaunch gazebo_ros empty_world.launch
   
   

3. 添加机器人模型

   在Gazebo中，可以通过“Insert”菜单添加不同的机器人模型。

9.2 Stage

Stage是一个2D仿真环境，适合用于简单移动机器人的仿真。以下是在ROS中使用Stage的基本步骤：

1. 安装Stage

   
   sudo apt install ros-noetic-stage-ros
   
   

2. 启动Stage

   
   roslaunch stage_ros stageros.launch
   
   

3. 加载地图

   在Stage中，可以通过配置文件加载不同的地图和机器人模型。

10. ROS常用命令

10.1 启动ROS核心

roscore

10.2 查看ROS节点

rosnode list

10.3 查看ROS话题

rostopic list

10.4 查看ROS服务

rosservice list

10.5 查看ROS参数

rosparam list

10.6 启动节点

rosrun package_name node_name

10.7 启动launch文件

roslaunch package_name launch_file.launch

11. 总结

通过以上内容，我们了解了ROS的基本环境搭建、节点和消息的使用、服务和参数服务器的管理、动作的实现以及各种调试和可视化工具的使用。这些基础知识将帮助我们更好地开发和调试复杂的机器人应用。希望本文能为初学者提供一个全面的入门指南，进一步探索ROS的更多功能和应用。