ROS2从入门到精通0-4：ROS2核心架构与常用指令大全

news/2024/5/11 2:31:17

0 专栏介绍

本专栏旨在通过对ROS2的系统学习，掌握ROS2底层基本分布式原理，并具有机器人建模和应用ROS2进行实际项目的开发和调试的工程能力。

🚀详情：《ROS2从入门到精通》

1 ROS2核心架构

ROS2工程的核心架构如图所示

请添加图片描述

其中的核心概念阐述如下：

1.1 工作空间

工作空间是存放工程开发文件的地方，可能包含多个功能包，其中又细分为四个子空间：

源码空间src：源码空间包含了功能包源代码
编译空间build：编译空间存放编译源码空间产生的缓存信息和中间文件
日志空间log：日志空间存放各种警告、错误、信息等日志；
安装空间install：安装空间存放开发完毕并通过测试的构建目标，如可执行文件和脚本。

工作空间的名称可以自己定义，数量也并不唯一

1.2 功能包

功能包是ROS的基本功能单元，可能包含多个节点，其中包含工程文件主体

CMakeLists.txt(用于C++功能包)：配置编译规则，比如源文件、依赖项、链接库，注意这里使用ament而非ROS1中的catkin。ament基于CMake构建系统，开发者可以方便地管理依赖关系、编译选项、安装目标等

cmake_minimum_required(VERSION 3.8)
project(node_lab)if(CMAKE_COMPILER_IS_GNUCXX OR CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "Clang")add_compile_options(-Wall -Wextra -Wpedantic)
endif()# find dependencies
find_package(ament_cmake REQUIRED)
find_package(rclcpp REQUIRED)add_executable(node_helloworld_class src/node_helloworld_class.cpp)
ament_target_dependencies(node_helloworld_class rclcpp)install(TARGETSnode_helloworld_classDESTINATION lib/${PROJECT_NAME})ament_package()

package.xml(用于C++与Python功能包)：包信息，比如包名、版本、作者

<?xml version="1.0"?>
<?xml-model href="http://download.ros.org/schema/package_format3.xsd" schematypens="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"?>
<package format="1"><name>node_lab</name><version>0.0.0</version><description>TODO: Package description</description><maintainer email="winter@winter.com">winter</maintainer><license>TODO: License declaration</license><buildtool_depend>ament_cmake</buildtool_depend><test_depend>ament_lint_auto</test_depend><test_depend>ament_lint_common</test_depend><export><build_type>ament_cmake</build_type></export>
</package>

setup.py(用于Python功能包)：包含版权信息，并配置程序入口

setup(name=package_name,version='0.0.0',packages=[package_name],data_files=[('share/ament_index/resource_index/packages',['resource/' + package_name]),('share/' + package_name, ['package.xml']),(os.path.join('share', package_name, 'launch'), glob(os.path.join('launch', '*.launch.py'))),(os.path.join('share', package_name, 'config'), glob(os.path.join('config', '*.*'))),(os.path.join('share', package_name, 'rviz'), glob(os.path.join('rviz', '*.*'))),],install_requires=['setuptools'],zip_safe=True,maintainer='winter',maintainer_email='winter@winter.com',description='TODO: Package description',license='TODO: License declaration',tests_require=['pytest'],entry_points={'console_scripts': [],},
)

scripts：存储脚本文件，例如python源码或.sh脚本
src：存储C++源文件
include：存储.h头文件
launch：存储启动文件，可一次性运行多个节点
config：存储配置信息
…

其中，package.xml与CMakeLists.txt非常重要，前者作为功能包入口声明依赖关系；后者解析.xml并执行具体的查找依赖、链接库等行为，文件缺失或错误配置都会导致编译失败。

2 ROS2常用指令

2.1 功能包相关

查看功能包列表
```
ros2 pkg list
```

创建一个新的功能包

ros2 pkg create --build-type ament_cmake package_name

创建功能包时添加依赖项

ros2 pkg create --build-type ament_cmake package-name --dependencies [deps]

编译所有功能包
```
colcon build
```

编译指定功能包

colcon build –packages-select package_name

2.2 节点运行相关

查看所有运行节点
```
ros2 node list
```
查看某一个节点信息
```
ros2 node info node_name
```
节点运行方式1
```
ros2 run package_name executable_file
```

节点运行方式2

ros2 launch package_name node_launch_file (e.g., .py, .launch)

2.3 话题相关

查看系统内活跃topic
```
ros2 topic list
```
查看topic的消息类型
```
ros2 topic type topic_name
```
显示topic内容
```
ros2 topic echo topic_name
```

向特定topic发送数据，其中args是实际数据，需要以YAML格式输入

ros2 topic pub topic_name msg_type 'args' [--once | --rate <num>]

例1：发送一次运动指令

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}}"

其中--once表示发布一个消息然后退出

例2：以10Hz发送运动指令

ros2 topic pub --rate 10 /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}}"

其中--rate num表示以numHz稳定流发布消息

查看发布数据的帧率
```
ros2 topic hz topic name
```

2.4 参数相关

查看节点的子命名空间和参数
```
ros2 param list
```
获取当前参数的值
```
ros2 param get node_name param_name
```

设置参数的值

ros2 param set node_name param_name value

存储节点所有参数值到本地的node_name.yaml文件
```
ros2 param dump node_name
```

存储节点的所有参数值到指定路径

ros2 param dump node_name --output-dir /path

导入本地参数文件

ros2 run package_name executable_name --ros-args --params-file <file_name>

2.4 录制包、播放包相关

查看bag信息
```
ros2 bag info bag_name
```
正常播包命令
```
ros2 bag play bag_dir_name
```
倍速播包命令
```
ros2 bag play bag_dir_name -r 2
```
循环播包命令
```
ros2 bag play bag_dir_name -l
```

播放单个topic

ros2 bag play bag_dir_name --topics /topic_name

以上包路径bag_dir_name也可以换成具体的包数据库文件xxx.db3

录制特定topic的包
```
ros2 bag record topic_name
```

录制多个topic的包

ros2 bag record -o new_bag_name topic1_name topic2_name

录制所有topic的包
```
ros2 bag record -a
```

以上录制完成后会在本地多一个bag_dir_name，其中包含配置.yaml和数据.db3

2.5 服务相关

查看服务列表

ros2 service list		# 加-t可显示服务消息类型

查看服务的数据类型
```
ros2 service type service_name
```
查找使用指定数据类型的服务
```
ros2 service find type_name
```

通过命令行调用服务

ros2 service call <service_name> <service_type> <args>

例如

ros2 service call /spawn turtlesim/srv/Spawn “{x: 2, y: 2, theta: 0.2, name: ‘’}”

2.6 动作相关

列出域内可用的动作列表

ros2 action list	# 加 -t 可显示动作消息类型

查看指定action的信息
```
ros2 action info action_name
```

模拟客户端手动发起动作请求

ros2 action send_goal <action_name> <type_name> <goal_data> <--feedback>

--feedback指定是否显示反馈信息，例如

ros2 action send_goal /crossing_acton duckietown_interface/action/Crossing “{speed: 0.2, direction: ‘right’}” --feedback

2.7 生命周期相关

查看有哪些lifecycle节点
```
ros2 lifecycle nodes
```
查看lifecycle节点所有可行的转换
```
ros2 lifecycle list node_name -a
```
获取节点状态
```
ros2 lifecycle get node_name
```
设置节点状态
```
ros2 lifecycle set node_name configure
```

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