ROS 入门 · 创建工作空间和运行 ROS 包

前言

当你开始学习 ROS（机器人操作系统）时，第一步通常是创建一个工作空间（workspace），它是你进行 ROS 开发的主要目录。在工作空间中，你可以组织和管理 ROS 软件包，构建和运行 ROS 节点，以及进行 ROS 相关的开发工作。我们的大致流程为

先创建一个工作空间；
再创建一个功能包；
编辑源文件；
编辑配置文件；
编译并执行。

这篇教程会手把手带你进行一次简单的项目构建。先可以配合视频使用，那么现在让我们开始吧。

一、配置相关环境

1. 确定是否安装 ros 和 cmake，打开终端输入

rosversion -d
cmake --version

会显示类似于这样的界面

version-check

如果没有还未安装 ROS，推荐通过“鱼香ROS”的一键安装指令来安装：

wget http://fishros.com/install -O fishros && . fishros

CMake安装：

sudo apt update
sudo apt install cmake

二、创建工作空间

1.创建工作空间并初始化

首先，我们将创建一个 ROS 工作空间，并在其中创建一个名为 “src” 的子目录。

在终端中执行以下命令：

mkdir -p {自定义空间名}/src
cd {自定义空间名}
catkin_make

这将在你的主目录下创建一个 ROS 工作空间，并在其中创建 “src” 目录。接着，执行 “catkin_make” 命令来编译工作空间。

我这里的工作空间命名为test_ws。

编译完成后，将在工作空间中生成两个文件夹：

“build” 目录：用于存放构建过程中生成的中间文件和最终生成的目标文件。这些文件包括编译器生成的目标二进制文件、库文件和其他构建过程中生成的临时文件。
“devel” 目录：用于存放配置文件，其中包含构建系统需要的环境变量和路径信息。这些配置文件用于后续编译和运行 ROS 软件包。例如，“devel/setup.bash” 文件包含了设置 ROS 环境变量的命令，你可以在每次新打开的终端中执行该文件以设置正确的 ROS 环境。

2.进入 src 目录，创建 ROS 程序包并添加依赖

进入 “src” 目录，并使用 catkin_create_pkg 命令创建一个ROS包。在终端中执行以下命令：

cd src
catkin_create_pkg {自定义ROS包名} roscpp rospy std_msgs

这些命令将在工作空间下生成一个功能包，该功能包依赖于 “roscpp”、“rospy” 和 “std_msgs”。其中，“roscpp” 是使用C++实现的 ROS 库，“rospy” 是使用 Python 实现的 ROS 库，“std_msgs” 是标准消息库。
创建ROS功能包时，一般都会依赖这三个库实现基本的功能。

三、HelloWorld(C++版)

1.进入 ROS 包的 src 目录编辑源文件

cd {自定义的包}

新建一个 C++ 原文件，内容如下

#include <ros/ros.h>
#include <std_msgs/String.h>
int main(int argc, char **argv){    // 初始化ROS节点
    ros::init(argc, argv, "hello_world_node");     // 创建ROS节点句柄
    ros::NodeHandle nh;     // 创建一个发布者，发布类型为String的主题
    ros::Publisher pub = nh.advertise<std_msgs::String>("hello_world_topic", 10);     // 设置循环的频率
    ros::Rate rate(1); // 发布频率为1Hz

    while (ros::ok())    {        // 创建一个String类型的消息
        std_msgs::String msg;
        msg.data = "Hello World";         // 发布消息
        pub.publish(msg);         // 输出消息到控制台
        ROS_INFO("Published: %s", msg.data.c_str());         // 按照频率休眠
        rate.sleep();
    }
    return 0;
}

2.编辑 ROS 包下的 Cmakelist.txt文件

根据视频的讲解寻找到相关的 cmake 源代码并且取消注释：

add_executable(步骤3的源文件名  src/步骤3的源文件名.cpp)

target_link_libraries(步骤3的源文件名  ${catkin_LIBRARIES})

这里我们来详细的讨论下这两行代码的含义：

add_executable(步骤3的源文件名 src/步骤3的源文件名.cpp)
- 这个命令的作用是告诉 CMake 要将一个可执行文件添加到构建过程中。
- add_executable 是一个 CMake 的函数，它接受两个参数。
- 第一个参数是可执行文件的名称，这里使用了”步骤3的源文件名”作为示例。
- 第二个参数是源文件的路径，这里假设源文件位于”src”目录下，并使用了”步骤3的源文件名.cpp”作为示例文件名。
- 这个命令会将源文件编译成一个可执行文件，并将其添加到构建过程中，以便在构建时生成该可执行文件。
target\_link\_libraries(步骤3的源文件名 ${catkin_LIBRARIES})
- 这个命令的作用是将目标文件与指定的库进行链接。
- target_link_libraries 是另一个CMake的函数，它接受两个参数。
- 第一个参数是目标文件的名称，这里使用了”步骤3的源文件名”作为示例。
- 第二个参数是要链接的库，这里使用了${catkin_LIBRARIES}作为示例。
- ${catkin_LIBRARIES}是一个变量，它包含了构建过程中所需的ROS相关库。
- 通过将目标文件与指定的库进行链接，可以确保在运行可执行文件时，所需的库能够正确加载和使用。

通俗的来说：当我们编写ROS节点时，需要将源代码编译成可执行文件，并将所需的库与该可执行文件进行链接。这两行 CMake 代码就是用来完成这个任务的。

3.进入工作空间目录并编译

cd 自定义空间名称catkin_make

这会生成上面提到的 build devel logs 等文件夹，可执行文件就在build文件夹里面。

四、运行程序

1. 打开一个新的终端输入

roscore

2. 再打开一个终端，移动到你对应的工作空间然后输入

source ./devel/setup.bash
rosrun {包名} {C++节点}

在完成 source 后，我们输入 rosrun 后可以按 tab 键自动补全。这是为什么呢？

source ./devel/setup.bash 的含义是在当前终端会话中加载ROS工作空间的环境设置。

具体来说，这段代码的作用是：

source 是一个 Shell 命令，用于执行指定脚本文件中的命令，使其在当前终端会话中生效。
./devel/setup.bash 是一个脚本文件的路径，它位于 ROS 工作空间的 devel 目录下。
devel/setup.bash 是 ROS 构建系统生成的一个脚本文件，其中包含了设置ROS环境变量的命令。

当你运行这段代码时，它会执行 devel/setup.bash 脚本文件中的命令，设置当前终端会话的环境变量，以便正确地使用ROS工具和功能。

具体来说，devel/setup.bash 脚本文件中的命令会完成以下操作：

设置 ROS_PACKAGE_PATH 环境变量，指定 ROS 工作空间的包路径。
设置 ROS_MASTER_URI 环境变量，指定 ROS 主节点的URI。
设置 ROS_IP 或 ROS_HOSTNAME 环境变量，指定当前主机的IP地址或主机名。
将ROS工作空间的 bin 和 lib 目录添加到 PATH 和 LD_LIBRARY_PATH 环境变量中，以确保能够正确找到和加载 ROS 工具和库文件。

通过运行 source ./devel/setup.bash，你可以将 ROS 工作空间的环境设置加载到当前终端会话中，使得你可以在该终端中使用 ROS 工具和运行 ROS 节点。

需要注意的是，每次打开一个新的终端时，都需要运行这段代码，以确保每个终端会话都能正确地加载 ROS 工作空间的环境设置。

然后我们就可以在终端看到我们发布的 hellowrld！了

output

五总结问题

1. 工作空间与软件包的关系与区别

在ROS（机器人操作系统）中，工作空间（workspace）是一个包含多个软件包（packages）的目录。工作空间是一个用于组织和构建ROS项目的容器，它提供了一种管理和编译多个软件包的机制。每个软件包代表着一个独立的功能单元，可以包含节点（nodes）、消息（messages）、服务（services）、动作（actions）以及其他相关文件。
工作空间可以包含多个软件包，这些软件包可以是你自己编写的或者是从其他人或团队获取的。通过将这些软件包组织在一个工作空间中，你可以方便地进行编译、构建和管理。

2. 成功编译所需的 CMake 指令

在 ROS 中，CMake 是用于构建和编译 ROS 软件包的工具。下面是一些常用的 CMake 指令：
1. cmake\_minimum\_required(VERSION x.x.x)：指定所需的最低CMake版本。
2. project(project_name)：指定项目名称。
3. find\_package(package\_name)：查找指定的依赖包。
4. add\_executable(executable\_name source_files)：添加一个可执行文件。
5. add\_library(library\_name source_files)：添加一个库文件。
6. target\_link\_libraries(target\_name library\_names)：将目标文件与指定的库文件进行链接。
7. add\_dependencies(target\_name dependency_names)：添加目标文件的依赖。
8. catkin_package()：用于构建 Catkin 软件包时，用于指定包的依赖关系和其他 Catkin 特定的配置。
这只是一些常用的 CMake 指令，具体使用取决于你的项目需求。

3. rosrun 的实质和 devel/lib 下的可执行文件

rosrun 是 ROS 中一个常用的命令行工具，用于运行 ROS 软件包中的节点。它的基本语法是：

rosrun package\_name node\_name

其中，package\_name 是要运行的节点所在的软件包的名称，node\_name 是要运行的节点的名称。
当你使用 rosrun 命令运行一个节点时，ROS 会在工作空间的 devel/lib 目录下查找对应的可执行文件。
该目录是在你执行 catkin_make或 catkin build 等构建命令后自动生成的，其中包含了已编译的节点可执行文件。

4. 为什么有多个cmake文件

在 ROS 项目中通常会出现多个 CMake 文件，这是因为 ROS 项目的结构和功能较复杂，需要分别管理不同的部分和依赖项。以下是常见的几种 CMake 文件：

CMakeLists.txt：这是ROS项目中最常见的CMake文件，位于ROS包的根目录。它用于定义整个ROS包的构建规则、依赖项和其他配置选项。该文件会告诉CMake如何构建该ROS包，包括编译可执行文件、创建库、生成消息和服务文件等。

CMakeLists.txt（子目录）：在ROS包中的子目录中，可能会有额外的CMake文件。这些文件用于定义子目录中特定部分的构建规则和依赖项。例如，如果ROS包有一个独立的节点或库在子目录中，可以在该子目录中创建一个独立的CMake文件来管理该部分的构建过程。
Find<package>.cmake：这些是用于查找和配置其他非ROS软件包的CMake模块文件。这些文件通常用于在ROS项目中使用外部库或工具，它们提供了与这些库和工具的集成方法。

每个CMake文件都有其特定的作用和范围，它们共同协同工作以构建和管理一个完整的ROS项目。这种分离的方式使得项目的组织和维护更加清晰，并允许不同部分的独立管理和配置。