交大荣昶杯游记Day2
1 ROS2与视觉操作
1.1 前世今生
201几年，服务机器人，斯坦福大学本来想做一个家务活的机器人，其中最复杂的一项是叠衣服，“不重复造轮子”，开发一套系统，目的：比较复杂的系统分成各个模块；将模块作为通用性的模块，用到其他机器人上。
ROS：Robot Operating System 机器人操作系统。他只是Linux发行版，用于机器人上，但不是真正的操作系统。分布式构建，数据在各个节点上流通。开源系统，庞大的生态社区。
1.2 工作空间和功能包
工作空间（workspace），在 dev_ws 目录下。
下面有五个子目录，其中前四个较为重要：
src：代码空间install：安装空间build：编译空间log：日志空间config：配置文件
调用ROS有两种方法：
- 调用单个指令（aka “节点”）：
ros2 run
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ros2 run teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard
功能包：功能相似的节点的集合，放到一起去，如 teleop_twist_keyboard。
例如，我们要制作的就是一个小车车道线识别的一个功能包。
- 运行多个节点，相当于批处理：
ros2 launch，文件名需要为***.launch.py。就不用你开很多终端会话运行很多个ros2 run了。
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ros2 launch originbot_bringup originbot.launch.py
1.3 ROS2命令行操作
- 查看节点信息：
ros2 node list，多个节点之间实现消息的互通，来操控小车。 - 查看话题信息：
ros2 topic listros2 topic info <topic_name>：查看话题的详细信息ros2 topic echo <topic_name>：查看话题的消息
1.4 小车运动参数
一个物体，有六个自由度，其中三个方向的直线运动，再加上三个角度的旋转运动。
对小车而言，它是在平面上运动的，只剩下两个自由度：直线运动（沿x轴），转弯（绕z轴）。
所以想要控制小车，只需要给它两个值：一个是线性速度，另一个是角速度。
- 话题:
cmd_vel - 消息:
Twist(标准) from geometry_msgs.msg import Twist- 速度:
twist.linear.x - 转角:
twist.angular.z - 使用:
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cmd_vel_pub = create_publisher(Twist, 'cmd_vel', 10)
twist.linear.x = 0.1
twist.angular.z = 0.2
cmd_vel_pub.publish(twist)
在这个案例中，键盘是一个节点，小车控制又是一个节点，键盘按下，转成一个消息，通过话题传给小车控制节点，小车控制节点接收到消息，解析消息，控制小车。
1.5 观测数据流动
第一位同学：
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ros2 launch originbot_bringup originbot.launch.py
第二位同学：
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ros2 run teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard
第三位同学：
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ros2 node list
ros2 topic list
ros2 topic info /cmd_vel
ros2 topic echo /cmd_vel
ros2 topic echo /cmd_vel 这条指令会显示小车的运动参数。当没有运动时，将什么都不显示，否则：
1.6 直接控制小车运动参数
通过发布话题消息控制小车
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ros2 topic pub --rate 1 /cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "linear: x: 2.0, y: 0.0, z: 0.0, angular: x: 0.0, y: 0.0, z: 1.8"
正如上面所说的，指定了 $x$ 和 $z$ 参数，就能控制运动了。
实验表明，$x$ 为正时向前走，$x$ 为负时往后走；
$z$ 为正时向左转，$z$为负时向右转。
/userdata/dev_ws/src/originbot/originbot_demo/originbot_demo/draw_circle.py：
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"""
创建一个发布者节点
"""
class PublisherNode(Node):
def __init__(self, name):
super().__init__(name) # ROS2节点父类初始化
self.pub = self.create_publisher(Twist, 'cmd_vel', 10) # 创建发布者对象（消息类型、话题名、队列长度）
self.timer = self.create_timer(0.5, self.timer_callback) # 创建一个定时器（单位为秒的周期，定时执行的回调函数）
def timer_callback(self): # 创建定时器周期执行的回调函数
twist = Twist() # 创建一个Twist类型的消息对象
twist.linear.x = 0.2 # 填充消息对象中的线速度
twist.angular.z = 0.8 # 填充消息对象中的角速度
self.pub.publish(twist) # 发布话题消息
self.get_logger().info('Publishing: "linear: %0.2f, angular: %0.2f"' % (twist.linear.x, twist.angular.z))
可以修改线速度和角速度。注意，The 'z' (or 'x') field must be of type 'float'。修改完程序以后，在 dev_ws 目录下执行：
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colcon build --packages-select originbot_demo --symlink-install
这里 --packages-select 指定只编译 demo 功能包，其他的不要构建，这样速度不会太慢。
--symlink-install 非常好用👍！在构建的时候加上这个参数，然后修改源代码后，重开进程，就能实时看到效果。不需要再编译一遍。
编译（约 $1 min$ ）完之后，执行：
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ros2 launch originbot_bringup originbot.launch.py
ros2 run originbot_demo draw_circle
1.7 工作空间和功能包
创建工作空间：mkdir testname_ws/src -p
testname_ws 就是工作空间的名称。
创建功能包：在 testname_ws/src 目录下，
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ros2 pkg create --build-type ament_python learning_pkg_python
learning_pkg_python 就是功能包的名称。
Python源程序放置在 dev_ws/src/learning_pkg_python/learning_pkg_python 下。
- 修改
setup.py：修改dev_ws/src/learning_pkg_python/setup.py，在最后增加'node_helloworld=learning_pkg_python.node_helloworld:main',，即：
运行程序的名称=功能包名称.源程序名称:main
第一个名称可以随便取，叫阿猫阿狗都行。功能包名称、源程序名称都是自己创建的时候指定的，千万不能随心所欲！
两个名称不要相同。后面不要 .py 。
然后可以在你的工作空间下编译：
在 testname_ws/ 下执行: colcon build
编译成功后，source install/setup.bash ，使得 ros 能找到我们的包，否则会：
两个窗口都要 source ！
运行：ros2 run learning_pkg_python node_helloworld
1.8 Launch 文件的创建
进入这个目录：
新建文件夹 launch 。进入目录，再创建一个 simple.launch.py 。
simple.launch.py 的内容是（注意修改其中的自定义信息，功能包名称和可执行文件名称）：
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from launch import LaunchDescription # launch文件的描述类
from launch_ros.actions import Node # 节点启动的描述类
def generate_launch_description(): # 自动生成launch文件的函数
return LaunchDescription([ # 返回launch文件的描述信息
Node( # 配置一个节点的启动
package='learning_pkg_diyanqi', # 节点所在的功能包
executable='node_helloworld', # 节点的可执行文件
),
Node( # 配置一个节点的启动
package='learning_pkg_diyanqi', # 节点所在的功能包
executable='node_helloworld2', # 节点的可执行文件名
),
])
