ros2 tf_ros2教程[通俗易懂]

ROS2_foxy教程总结（自用）

对https://docs.ros.org/en/foxy/Tutorials.html的归纳总结

ROS_DOMAIN_ID

不同的ID代表不同的领域，只有相同领域内的ROS 2 nodes可以互相通信，默认ID为0。安全的ID范围为0-101 and 215-232，除了101和232之外，每个ID最多可以跑120个nodes，每个node会占用两个系统进程。特殊情况：其实每个ID上的nodes可以超过120个，但这会占用下一个ID的空间。

设置ID的方法：
export ROS_DOMAIN_ID=<your_domain_id>
或者：
echo "export ROS_DOMAIN_ID=<your_domain_id>" >> ~/.bashrc

rqt

就是一个图形化工具。rqt_graph会用到。rqt_console会用到。

ros2的七个基本概念（package, executable, node, topic, service, parameter, action）

一. 查看这些概念的方法：

查看某个package里的所有executables：ros2 pkg executables <package_name>
查看正在运行的node：ros2 node list
查看正在运行的topic（加-t查看message type）：ros2 topic list -t
查看正在运行的service（加-t查看service type）：ros2 service list -t
查看正在运行的action（加-t查看action type）：ros2 action list -t
查看正在运行的node里的parameter：ros2 param list

二. 启动node的两个方法：

1. ros2 run <package_name> <executable_name>
2. ros2 launch <package_name> <launch_file>
注意：一个package里面可以有多个executable，每个executable里可以有一个或多个node。

三. node

查看某个node的具体信息（使用的topics, services, actions）：ros2 node info <node_name>

四. topic (publisher-subscriber model)

用于传递消息，可以一对一，一对多，多对一，多对多。
查看某个topic发布的data：ros2 topic echo <topic_name>
查看某个topic的具体信息：ros2 topic info <topic_name>
查看某个message的结构：ros2 interface show <msg_type>
向某个topic发布data：ros2 topic pub <topic_name> <msg_type> '<args>'
查看某个topic发布data的速率（Hz）：ros2 topic hz <topic_name>

五. service (call-and-response model)

用于传递消息，对于一个service，可以有多个clients，但是只能有一个server。和topic不同的点在于service是需要client调用的。
查看某个service使用的type：ros2 service type <service_name>
（这里的type和topic里的message类似，就是数据类型）
查看使用某个type的所有service：ros2 service find <type_name>
查看某个type的结构：ros2 interface show <type_name>.srv
直接调用一个service：ros2 service call <service_name> <service_type> <arguments>

六. parameter

这个概念有点像node的配置参数。修改配置不需要重启node，即刻生效，很方便！
每个node都有一个参数叫use_sim_time默认是false，这个参数控制node是否使用仿真时间。
获取某个参数的value：ros2 param get <node_name> <parameter_name>（前提：node已启动）
设置某个参数的value：ros2 param set <node_name> <parameter_name> <value>（前提：node已启动）
保存当前参数设置到.yaml文件：ros2 param dump <node_name>（前提：node已启动）
加载.yaml文件：ros2 param load <node_name> <parameter_file>（前提：node已启动）
在node启动时就加载.yaml文件：ros2 run <package_name> <executable_name> --ros-args --params-file <file_name>

七. action (client-server model)

action其实是topic和service的结合。action有goal, feedback, and result三要素。client抛给server一个goal，然后就可以做其他事情（不会像service一样阻塞）；然后server会执行任务，周期性地向client发送feedback，一直延续到任务完成，然后发送result。（action支持在任务中途停止运行）
查看某个action的具体信息：ros2 action info <action_name>
查看某个action的type的结构：ros2 interface show <type_name>
（这里的type和topic里的message类似，就是数据类型）
直接在命令行发送一个goal（每个goal有唯一的ID）：ros2 action send_goal <action_name> <action_type> <values> [--feedback]

ros2 bag (数据记录与回放)

这是一个用来记录和重演topic发布的data的工具。
记录一个或多个topic发布的data：ros2 bag record <topic_name1> <topic_name2>
（自定义bag_file文件名加-o <自定义文件名>；记录所有topic发布的data加-a）
查看bag_file的具体信息：ros2 bag info <bag_file_name>

注意：bag_file的文件类型是.db3，需要用sqlite3打开
下载sqlite3：sudo apt-get install sqlite3
下载sqlite3的图形化工具sqlitebrowser (推荐)：sudo apt-get install sqlitebrowser

重演bag_file文件里的数据：ros2 bag play <bag_file_name>

创建workplace

使用到的工具（类似catkin）：colcon；下载：sudo apt install python3-colcon-common-extensions

创建步骤

source /opt/ros/foxy/setup.bash
mkdir -p ~/ros2_ws/src
cd ~/ros2_ws
colcon build # 编译，可以加--symlink-install，加了这个支持python热部署，不需要重新编译（c++不支持）
# 可以加--packages-select <package_name>，加了这个就只build这一个package，节省时间
source install/local_setup.bash # 成为/opt/ros/foxy/setup.bash的上层，换个终端执行这句话

注意：

1. local_setup.bash和setup.bash的区别：local_setup.bash只包含当前workspace里的packages，而setup.bash包含了/opt/ros/foxy/setup.bash和local_setup.bash。
2. 执行过source install/local_setup.bash后不能在同一终端执行colcon build，会出问题，因为colcon build命令会修改local_setup.bash，所以不建议把source install/local_setup.bash写到.bashrc里。

两个插件

1. 设置快速索引colcon_cd：

echo "source /usr/share/colcon_cd/function/colcon_cd.sh" >> ~/.bashrc
echo "export _colcon_cd_root=~/ros2_ws/" >> ~/.bashrc

2. 设置自动补全colcon-argcomplete：

echo "source /usr/share/colcon_argcomplete/hook/colcon-argcomplete.bash" >> ~/.bashrc

创建package

创建步骤

cd ~/ros2_ws/src
ros2 pkg create --build-type ament_python [--node-name <node_name>] <package_name> # for python
ros2 pkg create --build-type ament_cmake [--node-name <node_name>] <package_name> # for C++
cd ~/ros2_ws
colcon build # 注意在这句话之前不能执行source install/local_setup.bash，不然会出错
source install/local_setup.bash # 换个终端执行这句话

创建node

包括publisher and subscriber，server and client，action server and client，msg, srv and action interfaces (use cmake创建package; 这个package C++和Python通用)，使用parameter，创建component (C++ only)

1. 创建node（示例代码都有，不赘述了）
   C++：在ros2_ws/src/package_name/src下创建cpp文件，在文件里就可以创建node了。
   Python：在ros2_ws/src/package_name/package_name下创建py文件，在文件里就可以创建node了。
2. 添加依赖（看tutorial吧）
   C++：修改package.xml和CMakeLists.txt
   Python：修改package.xml和setup.py
   (快捷方式：首先在用ros2 pkg create创建package的时候加上--dependencies xxx1 xxx2 xxx3；然后在CMakeLists.txt或setup.py里手动添加executable)

问题：C++比Python运行速度快很多，不知道有没有办法能提高Python的运行速度？

resdep (依赖管理器)

1. 下载并初始化：

sudo apt update
sudo apt install -y python3-rosdep
sudo rosdep init
rosdep update # 国内这一步会超时，用手机热点试试

2. 在colcon build之前检查是否有依赖缺失：rosdep install -i --from-path src --rosdistro foxy -y
3. resdep会检查package.xml里的一些标签，包括test_depend, build_depend, build_export_depend, exec_depend, depend（遇事不决用depend，因为它包含了前面所有标签的功能）。标签里的内容叫做rosdep keys。对于ros package，key = package_name；对于non-ros package, 得去rosdep/base.yaml (包含apt dependencies)和rosdep/python.yaml (包含pip dependencies)里面找相应的key。这俩文件在这里找：https://github.com/ros/rosdistro

ament_cmake_python (一种build-type)

就是用cmake编译python代码，如果一个package里又有C++代码，又有Python代码，就要用ament_cmake_python，尽量避免这种情况。

ros2doctor (issues检查工具)

ros2doctor会对ros2做全方位的检查。
命令（加--report获取更详细的信息）：ros2 doctor --report

plugins (C++)

这其实就是定义全局类，每个plugin就是一个全局的类。把这些类写成plugins之后调用起来非常方便，这也提高了代码复用性。需要用到pluginlib这个依赖。另外一个特点是多态，每一个全局类都可以继承一个基类。

components (components are special plugins!!!)

一个component就是一个全局的node类（继承rclcpp::Node）
作用：可以把多个node运行在一个terminal里。
查看所有components：ros2 component types
查看所有运行的components：ros2 component list
打开装载component的容器：ros2 run rclcpp_components component_container
挂载component：ros2 component load /ComponentManager composition composition::Talker（例）
其中，/ComponentManager是容器名，composition是存放components的包名，composition::Talker是命名空间::创建node的类
卸载component：ros2 component unload /ComponentManager <component_ID1> <component_ID2>
注意：使用components的方法有很多种（包括上面提到这种装载法、使用ROS services、使用dlopen、使用launch文件），个人推荐：使用launch文件（官方教程有示例）
注意：目前components只支持C++

tf2 (坐标变换)

基于四元数。本质是topic。

四元数：一种旋转的表示方法（对比欧拉旋转、矩阵旋转）

四元数（x,y,z,w）是复数的扩展，可以表示为xi + yj + zk + w (三个虚部，一个实部)。
四元数从理解上可以看作从四维空间去看三维子空间
四元数存在约束条件w²+x²+y²+z²=1，因此其自由度只有3；从几何意义上来看，四元数代表四维空间中超球面上的点。

tf2流程

1. 通过运用static broadcaster或broadcaster ，把目标的位置信息 (x, y, z)和姿态信息 (qx, qy, qz, qw)发布到topic/tf_static或/tf上
2. 通过运用listener，获取topic/tf_static或/tf上的信息，进行处理

tf2 static broadcast和tf2 broadcast的区别

区别

tf2 tree的含义 (父子frame之间的联系)

tf2 tree描述了所有frames的对应关系。child frame的坐标系是建立在parent frame的基础上的，即对于child frame来说，parent frame的位置就是原点。因此每个child frame只能有一个parent frame，而每个parent frame可以有多个child frame。
问题：不理解PointStamped的作用是什么，和TransformStamped有什么区别？

运行urdf_tutorial例程（robot models）

URDF：统一机器人描述格式，是一种特殊的xml格式，用来描述一个机器人。

运行urdf_tutorial例程步骤：

1. 安装依赖库

sudo apt install ros-foxy-joint-state-publisher-gui ros-foxy-joint-state-publisher
sudo apt install ros-foxy-xacro

2. 创建工作空间并下载源代码

mkdir -p ~/urdf_ws/src
git clone -b ros2 https://github.com/ros/urdf_tutorial.git ~/urdf_ws/src/urdf_tutorial

3. 编译源代码

cd ~/urdf_ws
colcon build --packages-select urdf_tutorial

4. 运行urdf_tutorial功能包例程

cd ~/urdf_ws
source install/local_setup.bash
cd ~/urdf_ws/src/urdf_tutorial
ros2 launch urdf_tutorial display.launch.py model:=urdf/01-myfirst.urdf

今天的文章ros2 tf_ros2教程[通俗易懂]分享到此就结束了，感谢您的阅读。