ROS知识

按规范学习

小白先熟悉ROS和M300的操作：

  1. ubuntu18.04下安装好ROS 的Melodic版本。

  2. 官网地址

  3. Nano板子电源是5V。

  4. 开机关机飞机，短按然后长按3s

  5. 飞机线怎么接：
    osdk口接电源(裂痕要往外)，这根线串到低配版GPU运算平台的Jetson Nano(这个传的数据带宽很少)，这个板载计算机nano有一个usb接口接到M300组件的串口，这样就可以传输高数据的图像了，虽然搞多一条线去高速传输也依然会出现数据丢失的现象，但总比原来的那条低带宽数据传输效果好很多。

  6. M300RTK飞机模拟器助手官网下载

  7. 新建ROS工作空间，先编译ubuntu下的onboard SDK-master,再编译ros:Onboard-SDK-ROS,了解编译过程，两个都放在src直接编译就好了。
    如果要使用视觉功能就要cmake … -DADVANCED_SENSING=ON

  8. 熟悉ROS(先roscore-再新窗口rosrun)

  9. 获取ROS版本：
    首先 在终端输入
    roscore
    再打开新终端 输入
    rosparam list
    再输入
    rosparam get /rosdistro

  10. 因为我们用roslaunch命令（比rosrun方便一点，因为每次配置当前目录都可能不一样）运行ROS 的主节点，UserConfig.txt 要放在.ros文件夹里面，每次连那台飞机都要在这里改，
    也因为我们用的是OSDK 4.0.1，所以用
    roslaunch dji_osdk_ros dji_vehicle_node.launch(待会再运行)
    如果是用OSDK ROS 3.8
    roslaunch dji_osdk_ros dji_sdk_node.launch

  11. 执行catkin_make命令后，catkin文件夹下有三个文件夹：build、devel和src。build文件为编译空间（The Build Space），其中的
    CMake*和catkin文件为工作包和项目保存缓存信息、配置和其他中间文件；
    devel文件为开发空间（The Development Space），该文件夹保存编译后的程序，这些程序不需要安装就可以进行测试运行。

  12. 编译完后，记得运行ROS节点或者roscore时先source devel/setup.bash来配置当前工作空间(所以最好在.bashrc里面添加 source /home/xxx/catkin_Drone/devel/setup.bash)

  13. 然后去catkin_test/src/Onboard-SDK-ROS 改dji_verhicle_node.launch
    改acm_name 默认是0，想确定是哪一个就要终端输入 ls /dev/tty*去看acm名字是多少，正常是0，不是0的话要么dji_verhicle_node.launch 改为其他名字要么就重新拔插一下飞机那一条线的串口

  14. 改serial_name 默认是ttyUSB0。
    改好之后sudo chmod 777 /dev/tty*
    改baud_rate为1000000
    改app_id为1098852(每台飞机对应一个，在OSDK_ID_key.txtl里面)
    改enc_key为XXXX(每台飞机对应一个，在OSDK_ID_key.txtl里面)

  15. 一个终端roscore
    另一个终端rostopic list查看话题列表
    比如用rostopic echo /dji_osdk_ros/gps_position来看飞机位置

  16. roslaunch dji_osdk_ros dji_vehicle_node.launch启动dji_vehicle_node，如果有failed to initialize ACM Linker channel! 那么是串口名字不对你要么重新拔插要么改文件中串口acm名字

  17. ack dji_vehicle_node 相当于IDE里面的全局搜素这个变量，然后发现这个有指向cpp文件，发现这个cpp在dji_osdk_ros里面，所以这个就是源文件了
    dji_sdk_node.cpp–》该节点为dji_sdk包的核心，成员变量包括无人机的状态信息，服务信息，控制信息，话题发布和订阅信息。

  18. win下面下一个ros飞机模拟器，不用登录，直接连接到电脑。然后就会找到M300，然后在Onboard SDK里面勾选启动api和遥控时空不切SDK(这个是为了飞机失控时候可以用ax1里面进行控制)
    此时修改后要关飞机重新连接，长按关机，短按再长按就开机，注意此时是否所有线都接好并且飞行遥控器从视觉定位转到GPS定位（视觉定位是可以在室内看的清情况下起飞，而在室内却转到GPS模式证明是
    在模拟器下面用），每当修改了启动节点或者其他东西，模拟器里面飞机不动了那么关闭软件再打开或者

  19. rosservice list 查看ros服务
    rosservice call /camera_task_zoom_ctrl （call是rosservice的命令，它可以改变飞机的IOS，摄像头啊，变焦那些数据并且同步修改飞机遥控器的操作和显示）

  20. 查看ROS软件包依赖：

rospack depends1查看直接依赖，rospack depends查看间接依赖。




直接开始学习

  1. ROS的几个重要概念：节点、消息、主题、服务(转载)

ROS是机器人操作系统（Robot Operating System）的简称，用于编写机器人的软件程序。

ROS是一种具有高度灵活性的软件架构，能够帮助软件开发者快速创建机器人应用软件。
ROS提供了一系列程序库和工具，包括：硬件抽象、设备驱动、库函数、可视化、进程间消息传递和软件包管理等。

ROS是一个分布式的进程（也就是“节点”）框架，这些进程被封装在不同的程序包或功能包中。

ROS可以分成两层，底层是操作系统层（通常不需要用户关心），上层则是实现不同功能的软件包，如感知、定位、规划、控制等。

了解了ROS的目录文件结构之后：

ros文件目录结构

本文主要介绍几个ROS的重要概念：节点（node）、消息（message）、主题（topic）、服务（service），ROS控制器（ROS
master），帮助初学者快速了解ROS。

1、节点（node）
节点是进行运算任务的进程。一个系统可以由很多节点组成，节点也可以称为软件模块。

ROS是以节点的形式开发的，节点是根据其目的，可以细分的可执行程序的最小单位。
节点使基于ROS的系统在运行时更加形象化，当许多节点同时进行时，可以将不同节点的通讯绘制成下图。
在这里插入图片描述

2、消息（message）
节点之间通过传送消息进行通讯。每一个消息都是一种数据结构。

ROS的消息支持标准的数据类型（整型、浮点型、布尔型等），还包括数组、结构体、自定义的数据类型等等。

3、主题（topic）
消息以一种 发布/订阅 的方式传递，一个或多个节点可以在一个给定的主题中发布消息，多个节点可以订阅同一个主题。
在这里插入图片描述

发布者和订阅者不了解彼此的存在。

4、服务（service）
基于主题 发布/订阅 的通信方法是一种异步方法，该 发布/订阅 模型是一种很灵活的通讯模式。但在某些情况下，需要一种同时使用请求和响应的同步消息交换方案，ROS提供了叫做服务的消息同步方法，是一种一对一的机制。

一个服务被分成服务服务器和服务客户端，其中服务服务器只在有请求（request）的时候才响应（response），而服务客户端会在发送请求后接收响应。与话题不同，服务是一次性消息通信。

因此，当服务的请求和响应完成时，两个连接的节点将被断开。

服务通常被用作请求机器人执行特定操作时使用的命令，或者用于根据特定条件需要产生事件的节点。

由于它是一次性的通信方式，在网络上的负载很小，所以它也被用作代替 基于主题 发布/订阅 的通信手段。

5、ROS控制器（ROS master）
在上面概念的基础上，需要有一个控制器，可以使所有节点有条不紊地执行，这就是ROS的控制器（ROS master）。
在这里插入图片描述

ROS master 通过RPC（Remote Procedure Call Protocol，远程过程调用）提供登记列表和对其他节点/主题的查找。

总结为一句话就是：ROS中最小的进程单元就是节点（node），节点之间通过主题（topic）传递消息数据（message）。
在这里插入图片描述
消息记录包（bag）是一种用于保存和回放ROS消息数据的文件格式。ROS提供了可以将bag文件可视化的图形工具，详见这个文章：



ROS文件目录结构(转载)

在这里插入图片描述
如上图所示，首先是最顶层的catkin工作空间，它是整个ROS工程中层次最高的概念。

工作空间也就是管理和组织ROS工程项目文件的地方。其下主要的一级目录有四个：

src：源空间
build：编译空间
devel：开发空间
install：安装空间
其中，

最顶层的工作空间（可以任意命名）和 src （必须为src）文件夹是需要自己创建；
build 和 devel 文件夹由 catkin_make 命令自动创建；
install 文件夹由 catkin_make install 命令自动创建。
catkin 是 ROS 定制的编译构建系统，是对CMake的扩展，对ROS这样大体量的工程有更好的支持，同时也简化了操作。
注意：使用 catkin_make 编译之前一定要回到最顶层的工作空间。

在这里插入图片描述

1、src：源空间
存放功能包（package）。

功能包是ROS文件系统中组织程序文件的基本单元，也就是catkin编译的基本单元。一个 package 下必须包含 CMakeLists.txt 和 package.xml 两个文件：

CMakeLists.txt 文件中规定了功能包的编译规则，包括指定功能包名称，指定编译依赖项，指定要编译的源文件，指定要添加的消息格式文件/服务格式文件/动作格式文件，指定生成的消息/服务/动作，指定头文件搜索目录，指定链接库搜索目录，指定生成的静态链接库文件，指定需要链接的库文件，指定编译生成的可执行文件以及路径等等。
package.xml 文件定义了功能包的属性信息，包括包名，版本号，作者，编译依赖和运行依赖等。
另外，

include 和 src 分别存放头文件（.h）和源程序文件（.c/.cpp等）；
scripts 存放脚本文件（比如Python文件 .py，shell文件 .sh）；
launch 存放 launch文件（.launch），用于批量运行多个可执行文件；
config 存放配置文件（.yaml等）；
此外，还有自定义的通信格式文件，包括消息（.msg）、服务（.srv）以及动作（.action）。

2、build：编译空间
存放CMake和catkin的缓存信息、配置信息和其他中间文件。

3、devel：开发空间
存放编译后生成的目标文件，包括头文件、动态&静态链接库、可执行文件等。

4、install：安装空间
即开发完成后的安装包。




  1. 将这个博主文章复现一遍再说
    期间会遇到名字不一样或者各种编译的问题，稳住。

    ROS节点订阅与发布学习也可以看下面这两个：
    看这个测试就好
    也可以参考这个
    ROS 服务（service）编程学习也可以看这个：
    ROS 服务编程

  2. 可以在Home文件下的.bashrc文件最后加入~/catkin_test/devel/setup.bash
    这样就可以避免每次启动ROS节点或者roscorer核心时候都输入一次(因为Linux是多用户操作系统，每个重新建立一个shell其环境变量都是新的，所以新的终端也要在这样运行一次)


常用操作：启动测试和订阅服务和话题

###启动测试

  1. roscore//启动ros核心
  2. 新终端:./Dji_osdk_lanuch.sh //里面是roslanuch dji_osdk_ros_vehicled.sh，启动dj的ros里面的相关文件
  3. rosrun flight_control my_test //启动节点

###订阅服务

  1. rosservice list
  2. rosservice call/get_camera_version 双击tab 出现"playoad_index:0"//你可以修改0为其他数字（这个是直接测试）
  3. ack 服务->ack 回调函数 ->找到srv文件->知道输入输出类型
  4. 主程序main() land_control.cpp 加入订阅语句（主程序记得在功能包/src/CMakeLists.txt里面添加add_executeable等依赖）
  5. osdk_data.cpp 写构造函数输入和输出
  6. osdk_data.h 写定义的构造函数
  7. 主程序get_camera_version(0)去验证
  8. 可以在osdk_common.cpp 这个方法类里面写个函数对输入的数据“0”处理。//只是举个例子，测试时候可以不这样做
  9. 这程序main()里对osdk_common.cpp计算后返回的string数据做逻辑处理或者输出结果。
  10. catkin_make 后rosrun flight_controll my_test
  11. 提示：src服务要添加到cmakelist里面。如果想知道发布者的输入输出，那么ack 这个服务的发布者就知道在dji_vechicle_node.cpp里面调用，也知道在dji_vechicl_noce_publisher.cpp里有输入是什么值。

###订阅话题

  1. rostopic list //查看想要的话题
  2. ack topic //在dji_osdk_ros_vehicle.node或者sample函数里面找出并确定该topic是在DJ的ROS包还是原来ROS包里。并且确定消息载体和载体类型
  3. rostopic echo /Dji-osdk-ros/Vo_position //eg:输出Vo_position数据看看是否我们想要的东西。(可跳过)
  4. rostopic type /dji-osdk-ros/Vo_position //查看这个Vo_positino的类型（可跳过）
  5. ack 载体 //找出回调函数，这个回调函数你可以自己重新改名字。
  6. 在mian里面去订阅该话题
  7. 在osdk_data.cpp 里去定义载体
  8. 在osdk_data.h 里添加函数声明


学习过程中遇到的问题：

  1. 理解清楚：OSDK-ROS，OSDK英文全拼就是Onboard Software Development kit(板载软件开发包），ROS就是Robot Operating System(机器人操作系统）。大疆的软件开发包有两种，带ROS和不带ROS的，带ROS就是这个软件开发包是基于机器人操作系统这个平台上运行的，而不带ROS的就相当于在“裸板”上运行的，所以区别在于（带ROS需要创建ROS工作空间，并将SDK源码放入catkin_ws工作空间进行编译执行，而且DJI-Onboard-SDK 是底层的ROS(即osdk-ubuntu)，DJI-Onboard-SDK-ROS是大疆的上层ROS，上层会调用底层的东西，我们平时开发一般只会通过上层调用，除非要修改底层调用GPU进行视频流解码之类的）。所以编译时候先下载osdk编译，然后下载osdk-ros，然后有自己的功能包的话直接catkin_make即可。

  2. 如果更新ROS版本到4.1.0的话，需要先编译osdk-ubuntu,然后再编译osdk-ros，期间可以会遇到一些库丢失或者是Userconfig出错，解决一下就好了。

  3. ls /dev/tty* 看接口名字是否：ttyACM0，不是则拔一下USB接口。还有记得下面第二张图的接口一定要接上，否则找不到这个ttyACM0接口。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

  4. catkin_make时候找不到SDL2Config.cmake：看这位up主

  5. ROS执行命令rospack depends1 beginner_tutorials 的相关报错与解决方法

  6. 小海龟动不了：要把鼠标放在第三个控制小乌龟的终端上

  7. 创建cpp文件

touch main.cpp
  1. 不用每次启动节点都要source一次->bashrc文件里面输入source命令
  2. 按照ROS教程中的命令：$ rosmsg show beginner_tutorials/Num执行产生错误
  3. ROS(C++)中的subscribe的参数介绍
  4. 在code oss编辑器里如果时间错误之后编译，你需要随便在代码加个空格，编译才会生效。这是因为时间的问题导致的。
  5. 控制命令是：通过串口协议<-ubuntu<-调用API<-ROS<-flight_control这样来发送数据的。DJ的dji-osdk-ros是对原来的ros系统进行改造添加，所以要看清楚调用的是ROS包还是dji-osdk-ros包里面的话题和服务(有Dji-osdk-ros::才是Dj里面的ROS包的内容，没有说明就是原来ros里面的)。
  6. ROS Nodehandle句柄的理解
  7. 查看消息类型:
rosmsg show std_msg/Bool
  1. 想显示云台的视频流：:

  • 方法一:通过python脚本直接订阅并用cv2显示
    在这里插入图片描述

  • 方法二:通过运行roscore->roslaunch dji_vehicle_node->rostopic echo /dji_osdk_ros/camera_h264_stream（验证数据是否接收到了）->./camera_service.sh->rosrun rviz rrviz->(rviz里面去Add->By topic-> /main_camera_images中的image就可以实时显示视频流了)
    在这里插入图片描述

  1. 想发送string类型json格式的数据到MQTT服务器，然后服务器再web端去接收这个数据并呈现：
    用mqtt_bridge实现，直接将这个功能包放在工作空间里面就可以直接调用，非常方便！！！
    安装步骤看我的另外一个博客文章。
    原理是：msg消息->发布到/echo主题->mqtt_bridge里面的echo->mqtt_bridged里面的back->mqtt_bridge的返回的/back

demo_params.yaml文件修改如下:
在这里插入图片描述

主程序调用时候就直接订阅就可以了，如下图所示：

在这里插入图片描述

期间会遇到ROS to mqtt时，mqtt上接收到的数据为��data�hello，（具体看这位博主如何解决）这个的话改bridge.py就好了。具体修改如下:

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
而且我也遇到了将string类型的json格式(去掉\n\t这些字符)发过去之后，订阅这个回调函数显示我发送的字符串数据是正常的，但通过rostopic echo /back输出的字符串是有’\’ 这个字符 的，这个应该是mqtt_bridge里面的/back 返回显示是那样定义的,但不影响我做判断就不管它了，如下图所示：
在这里插入图片描述

12. 疑惑
我想问一下，在一个ros进程里面用4个异步AsyncSpinner线程 ,然后用10个不同频率的定时器createTimer。那请问这10个定时器是如何分配到异步线程里的？我的理解是这10个定时器都是分配到这个进程里面的主线程里面了，当有回调的时候会查看4个子线程哪个处于空闲，然后就会去调用，如果定时器过多，创建的多线程过少，那么依然会导致部分定时器的回调函数处于阻塞状态，不知理解是否正确，求解答。

13. catkin_make 、catkin_make_isolated、catkin build区别

catkin系列工具的产生是为了更好的build使用cmake构建的pkg，catkin_make是cmake的升级版，可以认为是对cmake进一步封装的高级命令。然后是catkin_make_isolated，相比catkin_make的一个改进是将工作空间下的所有的pkg进行独立编译，缺点就是编译时间比catkin_make更长。最后就是catkin build，改进了catkin_make_isolated和catkin_make，能够对工作空间下每个pkg独立编译，并且使用更方便，对用户来讲命令更友好

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