ROS之初见Hello World

前言

最近在玩ROS，笔记中断了一段时间。

ROS即Robot Operating System，机器人操作系统，是一个开源框架，主力语言是C++和python，提供了硬件抽象、设备驱动、库函数、可视化、消息传递和软件包管理等诸多功能。

咱先抛开机器人不谈，ROS的设计思路还是值得学习的，它内部的最小运行单位是节点（node），运行时，启动很多节点，每个节点完成一种特定的功能，且每个节点直接可以通信。相似功能的节点组成一个包（package）。从原理上讲，一个节点就是一个进程，多个节点的通信就是进程间的通信，而ROS中的进程间通信不是传统服务器中的管道、消息队列这些，而是基于TCP/IP协议的通信。

ROS框架中的进程间通信的方式有多种，像发布-订阅者模式和流行的开源中间件是一样的，其底层协议也是TCP和RPC，这个在后面文章中会详细说明。

先来熟悉一下ROS，就先从Hello World开始吧！！！

1、创建工作空间

在需要防止代码的地方打开命令行

#新建工作空间文件夹
mkdir catkin_ws && cd catkin_ws
#新建src文件夹
mkdir src
#初始化src目录，生成CMakeLists.txt，为功能包编译配置
cd src
catkin_init_workspace

这时候src目录下会出现CMakeLists.txt，指令提示如下：

Creating symlink "/home/eco/project/MyCode/test_ws/src/CMakeLists.txt" pointing to "/opt/ros/kinetic/share/catkin/cmake/toplevel.cmake"

可知，这个CMakeLists.txt只是一个ROS库中的链接，后面不要更改它

#回到工作空间，并对工作空间进行一次编译
cd ..
catkin_make

这时候，工作区下面会出现 build 和 devel 两个文件夹以及 .catkin_workspace 文件

#配置环境变量，使新建的工作空间可用
source devel/setup.bash
#查看配置的变量
echo $ROS_PACKAGE_PATH

到此，一个新的ROS工作空间已经创建完成

一个工作空间可以包含多个功能包，所有的功能包都在工作空间的src目录下

2、创建功能包

现在，我们想创建一个功能包，名称是 hello_world

#到工作空间的src目录下创建功能包
cd src
catkin_create_pkg hello_world

这时，工作空间的 src 目录下出现 hello_world 文件夹，这个名称就是功能包的名称及其唯一标志符，功能包创建完成

3、编写功能包源代码

本次，我们编写一个能打印 hello world 的程序

我们在功能包的目录新建一个 src 文件夹，用于存放C++的源代码，这个不是必须的，但是出于规范考虑，最好这样做，便于组织代码结构

cd hello_world
mkdir src && cd src
#创建代码文件
touch my_hello_world_node.cpp

在 my_hello_world_node.cpp 中编写代码

#include "ros/ros.h"
//ros.h是ROS提供的C++客户端库，后面需要在编译配置中添加依赖库roscpp
 
int main(int argc,char **argv) 
{
    //初始化ros节点并知名节点名称
    //程序运行后，ros的计算图中被注册为hello_node名称标识的节点
  	ros::init(argc,argv,"hello_node");
    //声明一个ros节点句柄，初始化ros节点必须的
  	ros::NodeHandle nh;
    //ROS_INFO_STREAM是roscpp库中的打印信息方法，这里打印一个字符串
  	ROS_INFO_STREAM("hello world!!!");
}

4、功能包编译配置

这时候的工作空间是有两个 CMakeLists.txt 的，工作空间下的是链接，不要更改，修改功能包中的CMakeLists.txt，本次修改的内容有下面几种

4.1、添加依赖项

因为代码中用到了 ros/ros.h ，因此需要 roscpp 库

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS roscpp)

include_directories(
# include
 ${catkin_INCLUDE_DIRS}
)

修改功能包目录下的 package.xml 文件，找到 <buildtool_depend>catkin</buildtool_depend>，并在下面添加内容：

<build_depend>roscpp</build_depend>
<build_export_depend>roscpp</build_export_depend>
<exec_depend>roscpp</exec_depend>

4.2、声明可执行文件

add_executable(my_hello_world_node src/my_hello_world_node.cpp)
#链接时需要链接哪些库，在find_package中定义
target_link_libraries(my_hello_world_node ${catkin_LIBRARIES})

至此，功能包的编译配置完成

5、功能包编译

前面说过，一个工作空间可以有多个功能包，因此编译功能包有两种方式：

编译工作空间内的所有功能包；
编译工作空间内的指定功能包；

5.1、编译所有功能包

cd ~/project/catkin_ws/
catkin_make

5.2、编译指定功能包

使用 DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES 参数指定

cd ~/project/catkin_ws
catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES="hello_world"

6、功能包启动运行

先启动ROS节点管理器，这个是所有节点运行的基础

roscore

然后激活工作空间

cd ~/project/catkin_ws
source devel/setup.bash

最后启动功能包中的节点

rosrun hello_world my_hello_world_node

rosrun 指令的第一个参数是功能包名，第二个参数是需要启动的节点名

输出

[ INFO] [1620370500.474021642]: hello world!!!

到此，第一个程序完成，后面会继续学习ROS和C++，并深入框架层面，研究其原理。