ROS的安装及简单使用

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平台

  Ubuntu 16.04

ROS简介

  ROS即机器人操作系统(Robot Operating System)，ROS系统是起源于2007年斯坦福大学人工智能实验室的项目与机器人技术公司Willow Garage的个人机器人项目之间的合作，2008年之后就由Willow Garage来进行推动。2010年Willow Garage公司发布了开源机器人操作系统ROS。
ROS生态系统
  ROS是面向机器人的开源的元操作系统(meta-operatingsystem)。它能够提供类似传统操作系统的诸多功能，如硬件抽象、底层设备控制、常用功能实现、进程间消息传递和程序包管理等。此外，它还提供相关工具和库，用于获取、编译、编辑代码以及在多个计算机之间运行程序完成分布式计算。
  目前主流的ROS版本如下：
ROS版本
  本博客采用的是Kinetic Kame版本，也是目前为止(2019年)较为稳定的一个版本。

ROS安装

安装 Ubuntu 16.04

  首先安装好Ubuntu 16.04。(中英文皆可)

设置 sources.list

  为Ubuntu的包管理器增加源，设置计算机接受来自于 packages.ros.org的软件。

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sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'

  这一步会根据Ubuntu Linux发行版本的不同，添加不同的源。Ubuntu的版本通过lsb_release -sc获得。一旦添加了正确的软件库，操作系统就知道去哪里下载程序，并根据命令自动安装软件。

设置密钥

  这一步是为了确认源代码是正确的，并且没有人在未经所有者授权的情况下，修改任何程序代码。通常情况下，当添加完软件库时，已经添加了软件库的密钥，并将其添加到操作系统的可信任列表中。

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sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654

检查软件更新

  确保包管理器的索引已经更新至最新。

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sudo apt-get update

正式安装

  这里安装的是桌面完整版，也是推荐安装的版本。

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sudo apt-get install ros-kinetic-desktop-full

  这一步比较耗时，耐心等待。

初始化 rosdep

  在使用ROS之前，需要先初始化rosdep。rosdep使得你可以为你想要编译的源码，以及需要运行的ROS核心组件，简单地安装系统依赖。

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sudo rosdep init
rosdep update

  注1：多行命令，需依次输入，下同。
  注2：实际安装时，通常这里会有个报错：

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ERROR: cannot download default sources list from:https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/rosdep/sources.list.d/20-default.list
Website may be down.

  导致这个错误的原因为，该链接必须要科学上网才能打开，因此，需要将其域名改为实际的IP地址。首先打开hosts文件：

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sudo gedit /etc/hosts

  然后添加以下命令：

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199.232.28.133 raw.githubusercontent.com

  然后重新sudo rosdep init(会报一个已经存在的错误，不用管他)。

环境设置

  如果在每次一个新的终端启动时，ROS环境变量都能自动地添加进你的bash会话是非常方便，这可以通过如下命令来实现：

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echo "source /opt/ros/kinetic/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

构建包所需的依赖

  到这一步，应该已经安装好了运行核心ROS包的所有东西。要创建和管理你自己的ROS workspace，还有单独发布的许多的工具。比如，rosinstall是一个常用的命令行工具，使你可以通过一个命令为ROS包简单地下载许多源码树。

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sudo apt-get install python-rosinstall python-rosinstall-generator python-wstool build-essential

  至此，已经安装完了ROS的所有部分，下面可以进行一个简单的测试。

测试

启动ROS核心管理器

  打开一个终端，输入以下命令：

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roscore

启动乌龟仿真器节点

  再打开一个终端，输入以下命令：

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rosrun turtlesim turtlesim_node

启动控制乌龟操作节点

  再打开一个终端，输入以下命令：

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rosrun turtlesim turtle_teleop_key

  点击该终端，使其处于激活状态，然后按下键盘的方向键就可以看到小乌龟的运动了。
turtle测试

ROS实例——两台计算机的通信

硬件平台

  两台安装了Ubuntu16.04和ROS kinetic的计算机
  路由器

软件配置

安装chrony包，用于实现同步

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sudo apt-get install chrony
sudo apt-get install ntpdate
sudo ntpdate ntp.ubuntu.com

安装SSH服务器库

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sudo apt-get install openssh-server
ps -e|grep ssh

修改配置文件

查看hostname和IP地址

  首先利用hostname命令查看服务器和客户端电脑的名字，假设为server_name和client_name。
  其次利用ifconfig命令查看服务器和客户端的IP地址(连接至同一局域网)，假设IP地址分别为：server_IP和client_IP(wlp4s0的网络地址)。

修改/etc/hosts文件和环境变量

1.打开/etc/hosts文件：sudo gedit /etc/hosts，添加如下内容：

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server_IP  server_name
client_IP  client_name

  注：中间为tab键，实际操作时，注意替换名字。
  输入命令重启网络：sudo /etc/init.d/networking restart

2.打开bash文件：sudo gedit ~/.bashrc，服务器的计算机增加的内容为：

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export ROS_MASTER_URL=http://client_IP:11311
export ROS_HOSTNAME=server_name

  客户端的计算机增加的内容为：

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export ROS_MASTER_URL=http://server_IP:11311
export ROS_HOSTNAME=client_name

3.在服务器的计算机中可以输入以下内容进行测试：

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ssh server_name
ping client_name

  同理，客户端也可以进行测试。
ping测试

编写程序

创建文件夹

  1. 创建工作空间 

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    mkdir -p ~/catkin_ws/src
    cd ~/catkin_ws/src
    catkin_init_workspace

  2. 创建功能包 

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    catkin_create_pkg test roscpp geometry_msgs tf

  注：这里的test是功能包的名字，roscpp,geometry_msgs,tf是需要的依赖库。

编写cpp文件

  在test/src里面新建一个move_turtle.cpp文件。其内容如下：

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#include <ros/ros.h>
#include <signal.h>
#include <geometry_msgs/Twist.h>

ros::Publisher cmdVelPub;

void shutdown(int sig)
{
  cmdVelPub.publish(geometry_msgs::Twist());//使机器人停止运动
  ROS_INFO("move_turtle_goforward ended!");
  ros::shutdown();
}

int main(int argc, char** argv)
{
  ros::init(argc, argv, "move_turtle");
  //初始化ROS,它允许ROS通过命令行进行名称重映射
  ros::NodeHandle node;//为这个进程的节点创建一个句柄
  cmdVelPub = node.advertise<geometry_msgs::Twist>("/mobile_base/commands/velocity", 1);
  //在/mobile_base/commands/velocity topic上发布一个geometry_msgs/Twist的消息
  ros::Rate loopRate(10);//ros::Rate对象可以允许你指定自循环的频率
  signal(SIGINT, shutdown);
  ROS_INFO("move_turtle cpp start...");
  geometry_msgs::Twist speed; // 控制信号载体 Twist message
  while (ros::ok())
  {
    speed.linear.x = 0.1; // 设置线速度为0.1m/s，正为前进，负为后退
    speed.angular.z = 0; // 设置角速度为0rad/s，正为左转，负为右转
    cmdVelPub.publish(speed); // 将刚才设置的指令发送给机器人
    loopRate.sleep();//休眠直到一个频率周期的时间
  }
  return 0;
}

  该程序的作用是：使turtlebot一直以0.1m/s的速度前进。

修改CMakeLists.txt

  在test功能包中的CMakeList.txt文件的末尾加上两句：

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

编译工程

  回到工作空间

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cd ~/catkin_ws/

  编译

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catkin_make

  设置环境变量

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source devel/setup.bash

  附：将工作空间永久添加到环境变量中：

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echo "source ~/catkin_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

启动turtlebot

  1. 打开turtlebot电源，并使其和客户端计算机连接，将客户端计算机放在turtlebot上。
  2. 在客户端计算机中，打开节点管理器(打开终端输入)：roscore，再打开一个终端启动节点：roslaunch kobuki_node minimal.launch。
  3. 在服务器计算机中也打开节点管理器，再打开一个终端，启动刚才的工程：
    rosrun test move_turtle。
  4. 此时就会看到turtlebot一直在直线运行，直到按下ctrl + c。

附：ROS官网教程

附 基于虚拟机VMware的Ubuntu18.04和ROS的安装

平台

  虚拟机VMware Workstation 15
  Ubuntu18.04
  ROS Melodic Morenia

虚拟机安装Ubuntu18.04

  参考博客：VMware Workstation 15。序列号。
  实际安装时，按照步骤一步步来即可。设备配置那里后面可以更改，不用太纠结。
  安装完Ubuntu之后，和正常双系统一样，需要更换国内源，更新软件等。

安装ROS Melodic Morenia

  Ubuntu18.04对应的ROS系统为Melodic Morenia，安装过程和kinetic类似。参考博客：ROS Melodic Morenia安装。

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