ROS 第四天 ROS中的关键组件

1、Launch文件：通过XML文件实现多节点的配置和启动（可自动启动ROS Master）

<launch> launch文件中的根元素采用<launch>标签定义

<node>:启动节点

<node pkg="package-name"type="executable-name"name="node-name"/>

pkg：节点所在的功能包名称

type：节点的可执行文件名称

name：节点运行时的名称

output:节点内部信息是否打印到屏幕上，日志文件中

respawn：当前节点失败失效会重新启动

required：这个节点时必须的节点，这个节点没启动成功这个文件时启动不了的

ns：节点命名空间的属性

args：节点具体有哪些输入参数

参数设置的标签

<param>/<rosparam>:

<arg> :

 重映射标签

<remap>:

 嵌套标签：

<include>:

 更多标签：roslaunch/XML - ROS Wiki

2、TF坐标变换

 TF坐标变换通过广播TF变换，监听TF变换来实现

例如：

海龟追逐

 

 可以通过rosrun tf tf_echo turtle1 turtle2坐标变换关系

 如何实现一个TF广播器

1、定义TF广播器（TransformBroadcaster）

在str文件夹下新建一个功能包实现TF广播器功能（learning_tf）

2、创建坐标变换值

3、发布坐标交换（sendTransform）

#include <ros/ros.h>
#include <tf/transform_broadcaster.h>
#include <turtlesim/Pose.h>

std::string turtle_name;

void poseCallback(const turtlesim::PoseConstPtr& msg)
{
    // tf广播器
    static tf::TransformBroadcaster br;

    // 根据乌龟当前的位姿，设置相对于世界坐标系的坐标变换
    tf::Transform transform;
    transform.setOrigin( tf::Vector3(msg->x, msg->y, 0.0) );
    tf::Quaternion q;
    q.setRPY(0, 0, msg->theta);
    transform.setRotation(q);

    // 发布坐标变换
    br.sendTransform(tf::StampedTransform(transform, ros::Time::now(), "world", turtle_name));
}

int main(int argc, char** argv)
{
    // 初始化节点
    ros::init(argc, argv, "my_tf_broadcaster");
    if (argc != 2)
    {
        ROS_ERROR("need turtle name as argument"); 
        return -1;
    };
    turtle_name = argv[1];

    // 订阅乌龟的pose信息
    ros::NodeHandle node;
    ros::Subscriber sub = node.subscribe(turtle_name+"/pose", 10, &poseCallback);

    ros::spin();

    return 0;
};

如何实现一个TF监听器：

1、定义一个TF监听器（TransformListener）；

2、查找坐标变换（waitForTramsform、lookupTransform）

#include <ros/ros.h>
#include <tf/transform_listener.h>
#include <geometry_msgs/Twist.h>
#include <turtlesim/Spawn.h>

int main(int argc, char** argv)
{
    // 初始化节点
    ros::init(argc, argv, "my_tf_listener");

    ros::NodeHandle node;

    // 通过服务调用，产生第二只乌龟turtle2
    ros::service::waitForService("spawn");
    ros::ServiceClient add_turtle =
    node.serviceClient<turtlesim::Spawn>("spawn");
    turtlesim::Spawn srv;
    add_turtle.call(srv);

    // 定义turtle2的速度控制发布器
    ros::Publisher turtle_vel =
    node.advertise<geometry_msgs::Twist>("turtle2/cmd_vel", 10);

    // tf监听器
    tf::TransformListener listener;

    ros::Rate rate(10.0);
    while (node.ok())
    {
        tf::StampedTransform transform;
        try
        {
            // 查找turtle2与turtle1的坐标变换
            listener.waitForTransform("/turtle2", "/turtle1", ros::Time(0), ros::Duration(3.0));
            listener.lookupTransform("/turtle2", "/turtle1", ros::Time(0), transform);
        }
        catch (tf::TransformException &ex) 
        {
            ROS_ERROR("%s",ex.what());
            ros::Duration(1.0).sleep();
            continue;
        }

        // 根据turtle1和turtle2之间的坐标变换，计算turtle2需要运动的线速度和角速度
        // 并发布速度控制指令，使turtle2向turtle1移动
        geometry_msgs::Twist vel_msg;
        vel_msg.angular.z = 4.0 * atan2(transform.getOrigin().y(),
                                        transform.getOrigin().x());
        vel_msg.linear.x = 0.5 * sqrt(pow(transform.getOrigin().x(), 2) +
                                      pow(transform.getOrigin().y(), 2));
        turtle_vel.publish(vel_msg);

        rate.sleep();
    }
    return 0;
};

在CMakeList.txt中添加

add_executable(turtle_tf_broadcaster src/turtle_tf_broadcaster.cpp)
target_link_libraries(turtle_tf_broadcaster ${catkin_LIBRARIES})

add_executable(turtle_tf_listener src/turtle_tf_listener.cpp)
target_link_libraries(turtle_tf_listener ${catkin_LIBRARIES})

在根目录下输入catkin_make进行编译

 启动launch文件其中launch文件为：

 <launch>
    <!-- 海龟仿真器 -->
    <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="sim"/>

    <!-- 键盘控制 -->
    <node pkg="turtlesim" type="turtle_teleop_key" name="teleop" output="screen"/>

    <!-- 两只海龟的tf广播 -->
    <node pkg="learning_tf" type="turtle_tf_broadcaster"
          args="/turtle1" name="turtle1_tf_broadcaster" />
    <node pkg="learning_tf" type="turtle_tf_broadcaster"
          args="/turtle2" name="turtle2_tf_broadcaster" />

    <!-- 监听tf广播，并且控制turtle2移动 -->
    <node pkg="learning_tf" type="turtle_tf_listener"
          name="listener" />

 </launch>

终端中运行launch文件 

输入roslaunch learning_tf start_demo_with_listener.launch

 3、QT工具箱

日志输出工具--rqt_console 通过可视化界面

例如上面的两只小海龟追逐，在另一个终端上输入rqt_console  

 控制海归撞墙，就会发出一个警告的信息

 计算图可视化工具--rqt_graph

可显示当前系统所有节点的关系，话题通讯方向，话题名称

 数据绘图工具--rqt_plot

 参数动态配置工具--rqt_reconfigure（没有连接传感器 后面补充）

4、Rviz可视化平台

Rviz是一款三维可视化工具，可以很好的兼容基于ROS软件框架的机器人平台。

在rviz中，可以使用可扩展标记语言XML对机器人、周围物体等任何实物进行尺寸、质量、位置、材质、关节等属性的描述，并且在界面中呈现出来。

同时，rviz还可以通过图形化的方式，实时显示机器人传感器的信息、机器人的运动状态、周围环境的变化等信息。

总而言之，rviz通过机器人模型参数、机器人发布的传感信息等数据，为用户进行所有可监测信息的图形化显示。用户和开发者也可以在rviz的控制界面下，通过按钮、滑动条、数值等方式，控制机器人的行为。

 5、Gazebo物理仿真环境

 测试：打开终端输入 roslaunch gazebo_ros empty_world.launch

打开gazebo需要下载模型库，