加载中…ROS学习 <二> ROS基本概念
(2016-08-02 19:24:06)
标签：
ros |
分类： 机器人-ROS |
作者：Sam (甄峰)
这里介绍几个ROS基本概念。
1. 节点(Node)
节点是ROS中最重要的概念之一。每个ROS运行实例被称为节点。
换句话说，每个ROS程序运行的进程，就是一个节点。每个机器人程序，可以有非常多个节点。
我们也可以运行同一个程序的多个副本（但要确保每个副本使用不同节点名），则每个副本都被当作一个独立节点。
节点(Node)可以用来提供某种数据或能力，比如读取某Sensor数据。也可以是一个获取这些数据并处理的节点(Node), 例如从别的节点那拿到Sensor并处理。但他们之间如何知道对方存在与否呢？哪些node需要哪种数据呢？这就需要有个管理者，它就是Node Master/ Node Core。
每个Node启动时，需要向它注册，申明自己提供什么服务或需要什么数据。
Node是ROS package中一个可执行文件。ROS node 利用ROS用户库去和其他node进行通信。nodes也可以向topic发起发布或者订阅，nodes也可以提供或者使用一个service.
为何说Node是ROS核心，看看它通常被用来做什么：
控制电机速度，获取激光雷达数据，获取Camera数据，利用以上数据定位，路径规划。
启动一个Node：
#rosrun package-name executable-name
两个参数，参数1：功能包名。 参数2：可执行文件名。（后面会谈到功能包）
查看当前有哪些Node：
#rosnode list
停止一个Node：
#rosnode kill node-name
虽然也可以ctrl-c停止，但此时Node master 可能会没有及时注销此node. 造成误会。(当然这种情况可以：rosnode cleanup)
查看当前运行的node的信息：
#rosnode info Node_Name
例1：
#rosnode list
/rosout
/teleop_turtle
/turtle1
/turtle2
可以看到，当前有4个Node.
#rosnode
--------------------------------------------------------------------------------
Node [/turtle2]
Publications:
Subscriptions:
Services:
contacting node http://ubuntu:34885/ ...
Pid: 5400
Connections:
2. 节点管理器(Node Master/ Node Core)
为了每个独立的节点(Node)能够彼此通讯，ROS中有ROS节点管理器存在。
它用来保存节点的话题与服务的注册信息和查找表。
ROS Node在启动时连接到ROSCore上，如果ROSCore被终止，哪怕再次启动。ROS Node也不会自动重新连接。
启动roscore:
#roscore.
举例说明：
开三个终端，依次启动 roscore, turtle_teleop_key, turtlesim_node.
#roscore
#rosrun turtlesim turtlesim_node
#rosrun turtlesim turtle_teleop_key
首先启动roscore.
接着启动turtlesim功能包内的两个程序。
功能包turtlesim中的turtle_teleop_key程序接收Keyboard信号，发送消息给turtlesim_node,以控制小乌龟移动。
#rosnode list
则可以看到三个node,他们名字分别为：
/rosout
/teleop_turtle
/turtlesim
可以看到，节点名与可执行程序名并不一定相同。
3. 关于Node名，应用程序名的思考：
前面提到，Node就是一个进程，是一个应用程序的执行实例。
应用程序名，则是编译时指出编译结果是何种文件名。
Node名，可以理解为进程名。而同一时刻，正在运行的Node，名字不能重复。（应该类似PID不能重复）
但我们可能需要同一个应用程序运行多次，形成多个Node。该如何处理呢？ 只需要在启动Node时，指定不同应用程序名即可。
#rosrun package-name executable-name __name:=Node-name
所以上面启动小乌龟的程序，就可以启动两次小乌龟如下：
#roscore
#rosrun turtlesim turtlesim_node __name:=tur1
#rosrun turtlesim turtlesim_node __name:=tur2
#rosrun turtlesim turtle_teleop_key
用键盘可以控制两个小乌龟运动。
#rosnode list
可以看到，两个乌龟程序node名分别为：tur1, tur2.
4. ROS Message:
Node之间，是通过Message来传递消息的。
Node之间通过Message通讯。每个Message就是一个数据结构。geonetry_msgs/Twist.msg.
5. ROS Topic(主题)：
ROS Node之间通讯方式主要依靠的就是主题(Topic)和服务(Service), 参数(parameter) 三 种。Message就是放在Topic中。
Message传递的的理念：
当一个节点想要分享信息时，它就会发布(publish)消息到对应的一个或多个Topic(主题)；当一个节点想要接收消息时，它就会订阅(Subscribe)它所需要的一个或多个Topic。
ROS Topic:
主题是由ROS网络队消息进行路由，对消息进行管理的数据总线。没一条消息都要发布到相应的主题上。当一个节点发送数据时，我们就说这个节点向主题发布了消息。
节点可以通过订阅某个主题，接受别的节点发布的消息。
ROS Master负责确保发布Node和订阅Node能找到对方。而Message是直接从发布Node传递到订阅Node. 并不需要经过Node Master。
A：消息以一种publish/subscribe的方式传递。
B：节点可以在给定的主题中发布/订阅消息。
C：一个节点可以订阅/发布多个不同主题。
D：允许多个Node订阅/发布同一个主题。
E：订阅节点和发布节点并不知道相互之间的存在。
Message注册和订阅过程：
http://s4/mw690/001Ld2gwzy73L8OYnu323&690<二>
Talker这个Node，启动后注册了一个Topic，名为bar, 并告知Node Master，接收端口为：1234。
Listener这个Node启动后订阅了一个Topic，名为bar.
Node Master告知Listener，主题的端口为1234。
Listener去连接1234端口，Talker监听到有人连接。就告知对方，数据接口是2345。
于是两个Node就连通起来了。
同一个时刻，只有一个Node Master。所以可以共享数据。
http://s11/mw690/001Ld2gwzy73L9xpNmq9a&690<二>
我们继续用上面的程序来查看Topic.
#roscore
#rosrun turtlesim turtlesim_node
#rosrun turtlesim turtlesim_node __name:=turtle2
#rosrun turtlesim turtle_teleop_key
1. 运行了roscore,
2. 运行了turtlesim包内的turtlesim_node这node两次，使用不同的node_Name.
3. 运行了turtlesim包内的turtle_teleop_key.
turtlesim_node和turtle_teleop_key node之间用topic交流通信．
turtle_teleop_key 在这个topic上发布按键敲击，而turtlesim订阅同样的topic接受按键敲击．可以使用可视化工具查看Topic的数据传输。
#rosrun rqt_graph rqt_graph
图示：
6.
ROS服务与Topic不同。
A：它是一种Request/reply的方式传递。
B：节点之间发送请iu和接受应答。
C：一对一模式，一个请求，一个响应。
http://s1/mw690/001Ld2gwzy73La7c3oQ20&690<二>
6.5：Parameter:
parameter
7.
功能包适ROS中组织软件的主要形式，可以编写代码并编译，执行。一个功能包一般包含程序文件，库文件，编译描述文件，配置文件，脚本等。
它是一组用于实现特定功能的相关文件集合。每个功能包由一个清单文件(package.xml)定义。
功能包相关命令：
#rospack
list
#rospack find package-name
8.
Stack通常提供一个完整的功能，例如：navigation stack.
stack与版本号关联，是发布如何发布ROS软件的关键。
http://s15/mw690/001Ld2gwzy75IwJEofs2e&690<二>
Package manifest-----manifest.xml或package.xml:
说明包名，许可信息，以及和其它包的依赖关系。
Stack manifest------stack.xml: stack元数据，说明与其它stack的依赖关系。
从Groovy版本开始，功能包集的概念被逐步淘汰，取而代之的是元功能包(metapackages)
总结：
Nodes:node是使用ROS去和其它node通信的可执行文件。
Messages:ROS中订阅或者发布给topic的一种数据形式。
Topics:Nodes可以发布messages给一个topic，也可以订阅一个topic去接受它的messages。
Master:为ROS提供名称服务（比如帮助nodes找到彼此）。
rosout:相当于ROS中的stdout/stderr。
roscore:Master+rosout+parameter server(参数服务之后会介绍)。
9. 功能包的安装：
一些功能包已经被加入仓库中了。所以可以使用apt-get install来安装之。
例如：
sudo apt-get install ros-hydro-ros-tutorials
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