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安装 ROS设置 sources.list安装密钥安装 ROS 主体程序设置环境参数rosdep 初始化 运行示例rqt-robot-steering 基本信息测试 rqt-robot-steering 从 GitHub 下载运行 3D 示例创建软件包publisher 发布者节点 C++ 实现增加消息发送频率控制 subscriber 订阅者节点 C++ 实现订阅者消息显示增加时间戳多个发布者与多个订阅者实现编写运行 launch 文件 publisher 发布者节点 python 实现subscriber 订阅者节点 python 实现机器人运动控制 C++ 实现创建软件包 机器人运动控制 python 实现使用 RViz 观测传感器数据激光雷达数据结构 获取雷达数据的 C++节点激光雷达避障 C++ 节点IMU 消息包的数据格式栅格地图格式C++ 节点发布地图ros 常用命令本文档是B站视频配套笔记，视频地址：https://space.bilibili.com/411541289/channel/collectiondetail?sid=693700
笔记配套的 ROS 源码仓库地址：https://github.com/yym68686/ROS-Lab
安装 ROS
ROS 官网
https://ros.org
打开官网适用于 Ubuntu 20.04 的 ROS Noetic 官方安装文档：
https://wiki.ros.org/noetic/Installation/Ubuntu
设置 sources.list
国内镜像地址
https://wiki.ros.org/ROS/Installation/UbuntuMirrors
选择中科大的源，输入：
sudo sh -c '. /etc/lsb-release && echo "deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ros/ubuntu/ `lsb_release -cs` main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'安装密钥
先安装 curl
sudo apt install curl安装密钥
curl -s https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/ros.asc | sudo apt-key add -如果网络不好则使用下面的命令安装密钥：
sudo apt-key adv --keyserver hkp://keyserver.ubuntu.com:80 --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654 安装 ROS 主体程序
sudo apt updatesudo apt install -y ros-noetic-desktop-full设置环境参数
echo "source /opt/ros/noetic/setup.bash" >> ~/.bashrcsource ~/.bashrc运行 ROS
roscorerosdep 初始化
对 ros 依赖包工具进行初始化
sudo apt install -y python3-rosdep python3-rosinstall python3-rosinstall-generator python3-wstool build-essential接着
sudo rosdep initrosdep update如果网络有问题将 rosdep 的资源文件配置从国外地址修改到国内地址
sudo apt install -y python3-pipsudo pip3 install 6-rosdepsudo 6-rosdep再运行一次
sudo rosdep initrosdep update运行示例
rqt-robot-steering 基本信息
ROS 软件包网站
https://index.ros.org
找到 rqt-robot-steering 网址
https://index.ros.org/p/rqt_robot_steering/
wiki
https://wiki.ros.org/rqt_robot_steering
用于控制机器人前进方向与旋转
测试 rqt-robot-steering
安装 rqt-robot-steering
sudo apt install -y ros-noetic-rqt-robot-steering启动 ros 核心
roscore运行软件
rosrun rqt_robot_steering rqt_robot_steering第一个是包名称，第二个是节点名称
安装仿真小乌龟进行测试
sudo apt install -y ros-noetic-turtlesim运行小乌龟
rosrun turtlesim turtlesim_node修改 rqt-robot-steering 名称为 turtle1/cmd_vel
从 GitHub 下载运行 3D 示例
创建文件夹
mkdir catkin_wscd catkin_wsmkdir srccd src下载软件包
git clone https://github.com/6-robot/wpr_simulation.git进入目录
cd ~/catkin_ws/src/wpr_simulation/scripts运行安装依赖包脚本文件
./install_for_noetic.sh进入根目录
cd ~/catkin_ws编译
catkin_make将 catkin_ws 工作空间里面的环境参数加载到终端程序里
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash使用 roslaunch 运行编译好的 ROS 程序
roslaunch wpr_simulation wpb_simple.launch此时会出现三维界面
使用 rqt-robot-steering 控制机器人
rosrun rqt_robot_steering rqt_robot_steering将 turtle1/cmd_vel 改为 /cmd_vel 即可。
将 catkin_ws 工作空间里面的环境 参数写入 .bashrc，自动加载到终端程序中
echo "source ~/catkin_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc使 catkin_ws/src 目录下的软件包可以被找到。
创建软件包
进入源码目录：
cd ~/catkin_ws/src创建 package 软件包
catkin_create_pkg ssr_pkg rospy roscpp std_msgs命令格式
catkin_create_pkg <包名> <依赖项列表>依赖项解释：
rospy 是 ros 对 python 的支持roscpp 是 ros 对 cpp 的支持std_msgs 标准消息在软件包 src 目录下创建 chao_node.cpp 文件，写入
#include <ros/ros.h>int main(int argc, char const *argv[]){ printf("Hello World!\n"); return 0;}在 packeage 目录下的 CMakeLists 文件里写入为项目增加可执行文件
add_executable(chao_node src/chao_node.cpp)在终端输入命令编译
rosrun ssr_pkg chao_node成功输出 hello world。
现在还不是一个完整的节点，需要跟 ros 系统产生互动，先对节点进行初始化
#include <ros/ros.h>int main(int argc, char *argv[]){ ros::init(argc, argv, "chao_node"); printf("Hello World!\n"); return 0;}把 ros::init 所在的库文件链接进来一起编译，修改 CMakeLists 文件
add_executable(chao_node src/chao_node.cpp)target_link_libraries(chao_node ${catkin_LIBRARIES})输入命令编译成功。
如果需要一直保持运行状态，可以在 return 0 前面加入 while 循环，但如果加入的是 while(true)，程序不会接收 ctrl+c 终止程序，所以需要使用 while(ros::ok())来响应外部信号，编写循环代码：
#include <ros/ros.h>int main(int argc, char *argv[]){ ros::init(argc, argv, "chao_node"); printf("Hello World!\n"); while(ros::ok()) { printf("ok\n"); } return 0;}运行时按下 ctrl+c 即可终止程序。
publisher 发布者节点 C++ 实现
每个节点都可以发布话题 Topic，每个节点都可以在话题里发布消息 Message。每个 Topic 可以接收多个节点发布的消息，也可以被多个订阅者节点接收。
要发布消息，需要用依赖包 std_msgs，用 std_msgs 内置的 string 类型发布消息。 可以在这个网址里找到 std_msgs 所有的数据类型：
https://wiki.ros.org/std_msgs
编写 chao_node.cpp
#include <ros/ros.h>#include <std_msgs/String.h>int main(int argc, char *argv[]){ ros::init(argc, argv, "chao_node"); printf("Hello World!\n"); // nh 负责管理话题创建，消息发送 ros::NodeHandle nh; // 新建消息发送对象，确定话题名称和发送对象消息容量，这里最多可以接收10个消息，话题名称不能是中文 ros::Publisher pub = nh.advertise<std_msgs::String>("Topic", 10); while(ros::ok()) { printf("ok\n"); // 初始化消息对象 std_msgs::String msg; // 消息内容 msg.data = "带飞"; // 发送消息 pub.publish(msg); } return 0;}使用 shift+control+B编译程序。
增加消息发送频率控制
#include <ros/ros.h>#include <std_msgs/String.h>int main(int argc, char *argv[]){ ros::init(argc, argv, "chao_node"); printf("Hello World!\n"); // nh 负责管理话题创建，消息发送 ros::NodeHandle nh; // 新建消息发送对象，确定话题名称和发送对象消息容量，这里最多可以接收10个消息，话题名称不能是中文 ros::Publisher pub = nh.advertise<std_msgs::String>("Topic", 10);+ ros:: Rate loop_rate(10); while(ros::ok()) { printf("ok\n"); // 初始化消息对象 std_msgs::String msg; // 消息内容 msg.data = "带飞"; // 发送消息 pub.publish(msg);+ loop_rate.sleep(); } return 0;}使用 shift+control+B编译程序。
运行节点
rosrun ssr_pkg chao_node查看发送消息的频率
rostopic hz /Topic发现消息已经稳定在10次每秒了。
subscriber 订阅者节点 C++ 实现
进入根目录
cd ~/catkin_ws/src创建订阅者 package 软件包
catkin_create_pkg atr_pkg rospy roscpp std_msgs创建 ma_node.cpp 编写代码
#include <ros/ros.h>#include <std_msgs/String.h>// 订阅对象回调函数，用于接收消息，并做处理void chao_callback(std_msgs::String msg){ printf(msg.data.c_str()); printf("\n");}int main(int argc, char *argv[]){ ros::init(argc, argv, "ma_node"); // nh 负责管理话题创建，消息发送 ros::NodeHandle nh; // 新建消息订阅对象，确定话题名称和订阅对象消息容量，这里最多可以接收10个消息，话题名称不能是中文，定义回调函数名 ros::Subscriber sub = nh.subscribe("Topic", 10, chao_callback); while(ros::ok()) { // 不断查看有无新的消息，并调用回调函数 ros::spinOnce(); } return 0;}在 CMakeLists 写入编译选项
add_executable(ma_node src/ma_node.cpp)target_link_libraries(ma_node ${catkin_LIBRARIES})订阅者消息显示增加时间戳
#include <ros/ros.h>#include <std_msgs/String.h>// 订阅对象回调函数，用于接收消息，并做处理void chao_callback(std_msgs::String msg){+ROS_INFO(msg.data.c_str());- printf(msg.data.c_str());- printf("\n");}int main(int argc, char *argv[]){+// ROS_INFO 编码方式受 lacale 环境设置影响，输出函数只支持英文字符显示+ setlocale(LC_ALL, ""); ros::init(argc, argv, "ma_node"); // nh 负责管理话题创建，消息发送 ros::NodeHandle nh; // 新建消息订阅对象，确定话题名称和订阅对象消息容量，这里最多可以接收10个消息，话题名称不能是中文，定义回调函数名 ros::Subscriber sub = nh.subscribe("Topic", 10, chao_callback); while(ros::ok()) { // 不断查看有无新的消息，并调用回调函数 ros::spinOnce(); } return 0;}多个发布者与多个订阅者实现
创建两个订阅者
#include <ros/ros.h>#include <std_msgs/String.h>// 订阅对象回调函数，用于接收消息，并做处理void chao_callback(std_msgs::String msg){ROS_INFO(msg.data.c_str());}+void yao_callback(std_msgs::String msg){+ ROS_WARN(msg.data.c_str());+}int main(int argc, char *argv[]){// ROS_INFO 编码方式受 lacale 环境设置影响，输出函数只支持英文字符显示 setlocale(LC_ALL, ""); ros::init(argc, argv, "ma_node"); // nh 负责管理话题创建，消息发送 ros::NodeHandle nh; // 新建消息订阅对象，确定话题名称和订阅对象消息容量，这里最多可以接收10个消息，话题名称不能是中文，定义回调函数名 ros::Subscriber sub1 = nh.subscribe("Topic1", 10, chao_callback);+ ros::Subscriber sub2 = nh.subscribe("Topic2", 10, yao_callback); while(ros::ok()) { // 不断查看有无新的消息，并调用回调函数 ros::spinOnce(); } return 0;}两个发布者分别是 yao_node 和 chao_node，代码相似，分别在不同的话题。
编译后分别在三个不同的终端运行命令
# 运行发布者节点 chao_noderosrun ssr_pkg chao_node# 运行发布者节点 yao_noderosrun ssr_pkg yao_node# 运行订阅者节点 ma_noderosrun atr_pkg ma_node使用命令查看订阅者发布者之间的可视化关系
rqt_graph编写运行 launch 文件
一个个把每个节点运行起来太麻烦了，所以可以使用 launch 文件把所有节点一次性启动起来。
在 ssr_pkg 文件夹创建 launch/node.launch 文件，编写 launch 文件
<launch><!-- pkg: 包名 type: 节点 name: 名字 --> <node pkg="ssr_pkg" type="yao_node" name="yao_node"/> <!-- 将 chao_node 的信息显示到另一个终端里，使用 launch-prefix --> <node pkg="ssr_pkg" type="chao_node" name="chao_node" launch-prefix="gnome-terminal -e"/> <!-- output 表示输出到屏幕，不然不会显示订阅者节点的信息 --> <node pkg="atr_pkg" type="ma_node" name="ma_node" output="screen"/></launch>运行 launch 文件
roslaunch ssr_pkg node.launchpublisher 发布者节点 python 实现
使用 python 生成的节点不需要编译，可以直接运行，回到上级目录运行 catkin_make，让新建的包进入 ROS 的软件包列表。只有新建软件包时运行一次编译就好了，后面代码修改不需要任何编译。
在 ssr_pkg 下面新建文件夹 scripts，新建 chao_node.py 文件，编写代码
#!/usr/bin/env python3#coding=utf-8import rospyfrom std_msgs.msg import Stringif __name__ == "__main__": rospy.init_node("chao_node") ros.logwarn("chao ok!") # 新建发布对象，指定消息标题，消息包内容类型，消息包容量 pub = rospy.Publisher("Topic1", String, queue_size=10) # 发布消息频率为10HZ rate = rospy.Rate(10) while not rospy.is_shutdown(): rospy.loginfo("chao going!") msg = String() msg.data = "chao fly!" pub.publish(msg) rate.sleep()添加执行权限
chmod +x chao_node.py运行 python 节点
rosrun ssr_pkg chao_node.pysubscriber 订阅者节点 python 实现
回到根目录，新建 atr_pkg/scripts/ma_node.py，在根目录首次编译
catkin_make编写代码
#!/usr/bin/env python3#coding=utf-8import rospyfrom std_msgs.msg import Stringdef chao_callback(msg): rospy.loginfo(msg.data)if __name__ == "__main__": rospy.init_node("ma_node") sub = rospy.Subscriber("Topic1", String, chao_callback, queue_size=10) rospy.spin()增加可执行权限
chmod +x ma_node.py编写 launch 文件
<launch><!-- pkg: 包名 type: 节点 name: 名字 --> <node pkg="ssr_pkg" type="yao_node" name="yao_node"/> <!-- 将 chao_node 的信息显示到另一个终端里，使用 launch-prefix --> <node pkg="ssr_pkg" type="chao_node" name="chao_node"/> <!-- output 表示输出到屏幕，不然不会显示订阅者节点的信息 --> <node pkg="atr_pkg" type="ma_node" name="ma_node" launch-prefix="gnome-terminal -e"/></launch>运行
roslaunch atr_pkg node.launch机器人运动控制 C++ 实现
将 wpr_simulation 更新到最新版本状态
cd ~/catkin_ws/src/wpr_simulationgit pull进入根目录重新编译
cd ~/catkin_wscatkin_make运行仿真环境
roslaunch wpr_simulation wpb_simple.launch运行运动控制示例程序
rosrun wpr_simulation demo_vel_ctrl创建软件包
catkin_create_pkg vel_pkg roscpp rospy geometry_msgs在 vel_pkg/src 文件夹下创建 vel_node.cpp 文件，编写代码
#include <ros/ros.h>#include <geometry_msgs/Twist.h>int main(int argc, char *argv[]){ ros::init(argc, argv, "vel_node"); // nh 负责管理话题创建，消息发送 ros::NodeHandle nh; // 规定发布消息对象的主题名和消息对象的容量，这里最多可以接收10个消息 ros::Publisher pub = nh.advertise<geometry_msgs::Twist>("/cmd_vel", 10); geometry_msgs::Twist vel_msg; vel_msg.linear.x = 0.1; vel_msg.linear.y = 0; vel_msg.linear.z = 0; vel_msg.angular.x = 0; vel_msg.angular.y = 0; vel_msg.angular.z = 0; ros:: Rate loop_rate(10); while(ros::ok()) { // 发送消息 pub.publish(vel_msg); loop_rate.sleep(); } return 0;}geometry_msgs/Twist.h 的具体数据结构网址
http://docs.ros.org/en/api/geometry_msgs/html/msg/Twist.html
编辑 CMakeLists 文件
add_executable(vel_node src/vel_node.cpp)add_dependencies(vel_node ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS} ${catkin_EXPORTED_TARGETS})target_link_libraries(vel_node ${catkin_LIBRARIES})运行仿真环境
roslaunch wpr_simulation wpb_simple.launch如果此时出现 [gazebo-1] process has died exit code 255, cmd /opt/ros/noetic/lib/gazebo_ros/gzserver 的错误，需要重启一下 ubuntu。
运行运动控制示例程序
rosrun vel_pkg vel_node机器人运动控制 python 实现
先创建软件包，同 c++ 实现。在 src 目录下创建 vel_pkg/vel_node.py。编写代码
#!/usr/bin/env python3#coding=utf-8import rospyfrom geometry_msgs.msg import Twistif __name__ == "__main__": rospy.init_node("vel_node") vel_pub = rospy.Publisher("/cmd_vel", Twist, queue_size=10) vel_msg = Twist() vel_msg.linear.x = 0.1 vel_msg.angular.z = 0.5 rate = rospy.Rate(30) while not rospy.is_shutdown(): vel_pub.publish(vel_msg) rate.sleep()增加可执行权限
chmod +x vel_node.py运行
roslaunch wpr_simulation wpb_simple.launchrosrun vel_pkg vel_node.py使用 RViz 观测传感器数据
Gazebo 表示机器人所处的环境，Rviz 负责接收来自 Gazebo 的数据。当机器人部署到现实环境中时，Gazebo 将被现实环境中的环境代替，但 Rviz 依然起到接收数据处理数据的作用。
Rviz 不参与机器人算法的运行，只是方便人类观测的工具。
打开 Gazebo
roslaunch wpr_simulation wpb_simple.launch在终端输入
rviz弹出主界面。
先把 Fixed Frame 改为 base_footprint。
点击 ADD，弹出 Rviz 能显示的数据类型的列表。
选中 RobotModel，点击 OK。
添加 激光雷达 LaserScan。
在 Gazebo 中添加物体，在 Rviz 中可以实时显示。
可以点击 File -> Save Config As，下次可以直接加载原先的配置。
在 Gazebo 中添加物体，如果想在 Rviz 中显示，可以从 launch 加载 Rviz 配置
roslaunch wpr_simulation wpb_rviz.launch发现 Rviz 黑屏了，设置环境变量强制使用软件渲染
export LIBGL_ALWAYS_SOFTWARE=1激光雷达数据结构
查看传感器数据结构在 ROS index 搜索 sensor_msgs，选择 noetic 版本。找到 LaserScan ，这是激光雷达消息包的格式定义。
查看消息包
rostopic echo /scan --noarr显示
header: seq: 12800 stamp: secs: 1545 nsecs: 451000000 frame_id: "laser"angle_min: -3.141590118408203angle_max: 3.141590118408203angle_increment: 0.017501894384622574time_increment: 0.0scan_time: 0.0range_min: 0.23999999463558197range_max: 10.0ranges: "<array type: float32, length: 360>"intensities: "<array type: float32, length: 360>"获取雷达数据的 C++节点
运行雷达测试demo
rosrun wpr_simulation demo_lidar_data创建软件包
catkin_create_pkg lidar_pkg roscpp rospy sensor_msgs在软件包文件夹中新建文件 lidar_node.cpp，编写代码
#include <ros/ros.h>#include <sensor_msgs/LaserScan.h>// 订阅对象回调函数，用于接收消息，并做处理void Lidar_callback(const sensor_msgs::LaserScan msg){ float fMidDist = msg.ranges[180];ROS_INFO("%f m", fMidDist);}int main(int argc, char *argv[]){// ROS_INFO 编码方式受 lacale 环境设置影响，输出函数只支持英文字符显示 setlocale(LC_ALL, ""); ros::init(argc, argv, "lidar_node"); // nh 负责管理话题创建，消息发送 ros::NodeHandle nh; // 新建消息订阅对象，确定话题名称和订阅对象消息容量，这里最多可以接收10个消息，话题名称不能是中文，定义回调函数名 ros::Subscriber lidar_sub = nh.subscribe("/scan", 10, Lidar_callback); ros::spin(); return 0;}编写 CMakeLists
add_executable(lidar_node src/lidar_node.cpp)target_link_libraries(lidar_node${catkin_LIBRARIES})打开 Gazebo
roslaunch wpr_simulation wpb_simple.launch运行 lidar_node
rosrun lidar_pkg lidar_node终端显示书柜距离。
激光雷达避障 C++ 节点
通过订阅激光雷达数据，发布控制小车速度的话题，实现小车的智能避障。加入小车速度发布代码
#include <ros/ros.h>#include <sensor_msgs/LaserScan.h>#include <geometry_msgs/Twist.h>// 全局变量可以在回调函数中使用ros::Publisher vel_pub;// 有障碍物，维持转向状态int nCount = 0;// 订阅对象回调函数，用于接收消息，并做处理void Lidar_callback(const sensor_msgs::LaserScan msg){ float fMidDist = msg.ranges[180];ROS_INFO("%f m", fMidDist); // nCount 大于零说明遇到障碍物了，所以一直减减，屏蔽向前走的代码 if (nCount > 0) { nCount--; return; } // 定义速度消息包 geometry_msgs::Twist vel_cmd; if (fMidDist < 1.5) { // 遇到障碍物，转弯 vel_cmd.angular.z = 0.3; nCount = 50; } else { // 没有障碍物，向前走 vel_cmd.linear.x = 0.05; } // 发布消息，控制小车 vel_pub.publish(vel_cmd);}int main(int argc, char *argv[]){// ROS_INFO 编码方式受 lacale 环境设置影响，输出函数只支持英文字符显示 setlocale(LC_ALL, ""); ros::init(argc, argv, "lidar_node"); // nh 负责管理话题创建，消息发送 ros::NodeHandle nh; // 新建消息订阅对象，确定话题名称和订阅对象消息容量，这里最多可以接收10个消息，话题名称不能是中文，定义回调函数名 ros::Subscriber lidar_sub = nh.subscribe("/scan", 10, Lidar_callback); vel_pub = nh.advertise<geometry_msgs::Twist>("/cmd_vel", 10); ros::spin(); return 0;}打开 Gazebo
roslaunch wpr_simulation wpb_simple.launch编译后运行避障代码
rosrun lidar_pkg lidar_nodeIMU 消息包的数据格式
TODO
栅格地图格式
在 ROS index 里搜索 map_server，在 wiki 页面里找到 Published Topics 目录，打开 OccupancyGrid Message
C++ 节点发布地图
创建软件包
catkin_create_pkg map_pkg roscpp rospy nav_msgs在软件包 src 目录下创建 map_pub_node.cpp，编写代码
#include <ros/ros.h>#include <nav_msgs/OccupancyGrid.h>int main(int argc, char *argv[]){ ros::init(argc, argv, "map_pub_node"); // nh 负责管理话题创建，消息发送 ros::NodeHandle nh; // 新建消息订阅对象，确定话题名称和订阅对象消息容量，这里最多可以接收10个消息，话题名称不能是中文，定义回调函数名 ros::Publisher pub = nh.advertise<nav_msgs::OccupancyGrid>("/map", 10); ros::Rate r(1); while (ros::ok()){ nav_msgs::OccupancyGrid msg; msg.header.frame_id = "map"; msg.header.stamp = ros::Time::now(); // 坐标（0，0）是地图左下角的坐标相对于坐标原点的偏移量 msg.info.origin.position.x = 0; msg.info.origin.position.y = 0; // 栅格边长 单位m msg.info.resolution = 1.0; // 地图宽度 msg.info.width = 4; // 地图高度 msg.info.height = 2; // 地图形状 msg.data.resize(4*2); // 栅格数据 -1 表示未知 msg.data[0] = 100; msg.data[1] = 100; msg.data[2] = 0; msg.data[3] = -1; pub.publish(msg); r.sleep(); } return 0;}添加编译规则
add_executable(map_pub_node src/map_pub_node.cpp)target_link_libraries(map_pub_node ${catkin_LIBRARIES})在项目根目录运行 catkin_make 编译后，运行节点
rosrun map_pkg map_pub_node启动 rviz，点击 ADD，添加 Axes，Map。将 Map 里面的 Topic 改为 /map。
ros 常用命令
在终端中进入指定软件包的文件地址
roscd <package-name>查看当前有哪些话题
rostopic list查看话题内消息的内容
rostopic echo /<topic-name>查看话题内发送消息的频率
rostopic hz /<topic-name>显示当前节点与话题通讯关系图
rqt_graph