背景和初衷

小弟是University of Colorado at Boulder的一个在读学生．在ARPG(Autonomous Robotics and Perception Group)实验室学习.   自己当初入门ROS的时候还是挺艰难的，因为连c++都不太熟(当然现在也是一知半解)．英文资料很全但是并不见得对新手那么友好．中文资料也基本是英文copy过来的．基本限制于写了publisher和subscriber的基本程序(他们是什么后文介绍)，写一个roslaunch就结束了．然而现实中的需求是那一两个例子所不能满足的．现在自己稍微有了些经验，便趁空闲时间撸一个详细一点的入门教程，把原来英文版本自己觉得冗余的都删掉，讲一讲自己用过的部分．   除了ROS，也尽量在自己phd结束之前除了什么paper之外多写写其他入门级博客，以分享经验．博主也还有很多不懂的地方，如果有写错的希望指正. 文章不会写什么是ROS，ROS有什么用这类话题，网上能查到很多.直接讲怎么使用.

下面的概念可能并不是完全准确，但是力求精简便于理解. 他们的具体内容会在程序中更详细讲解   1: message:　即消息．机器人需要传感器，传感器采集到的信息，即这儿的message. 假如我们的GPS采集到机器人位置消息，温度计采集到的温度等.　任何数据都能作为message. 2: topic: 假设我们有两个传感器，GPS和温度计．在ROS中我们得给采集到的消息取个名字用来区分不同的message，这就是topic了.　至于怎么取名字，后面的程序可见. 3: node: 节点. ROS中，通常来讲你写的c++或者python程序主函数所在的程序称为一个节点(并不准确，暂时这么理解). 4: package: 一个ROS package包含了你要完成的一个项目的所有文件. 5: workSpace: ROS workspace，即ROS的工作空间．你当然需要ROS来完成很多不同的项目．你的ROS工作空间是用来存放很多不同package的． 6: publish, subscribe: ROS很大的一个作用就是传递message．为什么要传递消息呢? 打个比方你写了一个程序，用来获得GPS的讯息，写了另外一个程序，用来处理GPS的信息．这时你就是需要把采集到的信息传输到处理用的程序中．信息的传输在ROS中称为publish. 信息的接收(貌似中文ros wiki把这个叫做”订阅”,我更喜欢翻译成”接收”了)在ROS中称为subscribe.   好了，有了这几个概念，我们就可以开始撸第一个ROS程序了．（可能大佬们觉得还有好多没讲呢，没关系我们慢慢来．）  

source /opt/ros/kinetic/setup.bash
mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd ~/catkin_ws/
catkin_make

第一行source命令的作用是使电脑进入ROS环境. 使用了那项命令后ros相关的特殊命令才好执行(这么说好像挺外行= =). kinetic是ROS的版本名称，你如果使用的其他版本就把那儿换成其他版本名称．   第二行命令创建一个名字叫catkin_ws的ROS工作空间，里面包含一个叫src的文件夹用来存放源程序.　注意不是所有的ROS工作空间都得叫catkin_ws，那可以是任何名字.　ROS官网一般使用catkin_ws这个工作空间名字做教程．但是src文件夹都得有的．   第三行命令进入工作空间文件夹   第四行命令．ROS怎么知道你创建的文件夹是ROS的workspace不是杂七杂八用的文件夹?　这就靠第四行命令了，经过第四行命令之后你会发现你的workspace多了两个文件夹，一个叫舒克，一个叫贝塔，咳咳跑偏了．一个叫build，一个叫devel.　这时你的第一个ROS workspace就已经创建好了.

cd ~/catkin_ws/src
catkin_create_pkg pub_sub_test std_msgs rospy roscpp
cd ..
catkin_make

cd ~/catkin_ws/src/pub_sub_test/src
touch pub_string.cpp

第一个行命令进入你新package的src文件夹(在你之前catkin_make的时候就自动创建了)，我们一般在这个文件夹写c++的源代码．   第二行命令我们创建一个叫pub_string的c++文件.   以后的例子我们在慢慢放飞．第一个例子我们还是会采用官网文档的例子(http://wiki.ros.org/cn/ROS/Tutorials/WritingPublisherSubscriber%28c%2B%2B%29).

#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"

#include <sstream>

/**
 * This tutorial demonstrates simple sending of messages over the ROS system.
 */
int main(int argc, char **argv)
{
  ros::init(argc, argv, "talker");

  ros::NodeHandle n;

  ros::Publisher chatter_pub = n.advertise<std_msgs::String>("chatter", 1000);

  ros::Rate loop_rate(10);

  int count = 0;
  while (ros::ok())
  {
    std_msgs::String msg;

    std::stringstream ss;
    ss << "hello world " << count;
    msg.data = ss.str();

    ROS_INFO("%s", msg.data.c_str());

    chatter_pub.publish(msg);

    ros::spinOnce();

    loop_rate.sleep();
    ++count;
  }

  return 0;
}

这儿我只是把代码搬运过来,把英文注释全部去掉了．英文还不错的同学强烈建议把原英文注释撸一遍．不想看英文注释(以后还是得看的,毕竟ROS资料绝大多数英文)的同学把链接中0.0.2代码说明通读一遍，代码说明会针对每一行代码进行说明．在看完那个之后，再看我下面针对每一行进行的一些补充.   1: #include "ros/ros.h" ，你的节点(包含main函数的那个程序)如果要使用ROS都得包含这个头文件 2: #include "std_msgs/String.h"，我们这个程序是用来发布一个String消息的，ROS针对每一个类型消息都有相应的头文件，如果要发布那个类型的消息就必须包含相应的头文件．以后我们发布不同的消息的时候你就会看到不同点． 3:#include<sstream>，sstream是c++自带的头文件，可以实现利用输入输出流的方式往string里写东西，并且还可以拼接string和其他类型的变量．代码中的

std::stringstream ss;
ss<<"hello world"<<count;

实现了string hello world和int变量 count的拼接，形成一个新的string．即如果count是１，那么helloworld1会作为string被存放在ss当中．怎么调用这个string呢? ss.str()就可以了．   4: ros::init(argc, argv, "talker")，从名字很好理解，在程序初始化ros，这行代码也是你几乎所有节点都需要的．talker就是node(节点)的名字．即你这段程序在ROS当中的名字叫talker．   5: ros::NodeHandle n，官方的解释是nodeHandle是和ROS系统通讯的重要工具。咱们可以暂时这么记着两个东西，4,5都是在程序中初始化ROS节点所必须的。   另外有一点需要提醒的是命名问题，有些刚入门的孩子不敢大胆的命名，比如节点名字talker，NodeHandle的对象名n，其实你可以取任何名字，只要你觉得这个名字方便以后读懂程序。节点名一般要显示这个节点的作用。NodeHandle的对象名按照习惯一般取为n,nh什么的。其实个人不太建议对象名为n，这样的单个字母很容易不经意间和某个变量或者其他什么重复了。   6:ros::Publisher 这一行定义你要publish的信息和信息的名字了。n.advertise通过NodeHandle的对象n告诉ROS系统我要创建一个可以发布信息的对象了。这个信息是什么类型的呢？<std_msgs::String>告诉ROS我要发布的是标准信息中的String类型。那些信息叫啥名字呢？名字叫chatter。这个chatter就是我们之前提到的topic！(topic名和节点名不要搞混，topic名字代表的是你要发布的信息，节点的名字代表你这个程序)。   1000这个数字的意思是要缓冲的信息数量。为什么需要缓冲呢？我们说这是个发布信息的程序，我们还需要写一个接收信息的程序。这发布和接收之间并不是瞬间进行的。我记得刚学ROS的时候老师让我们测试过发布消息和接收到消息之间的时间差。既然有时间差，打个比方1ms接收一条信息，如果我的信息产生地很快，是0.1ms发布一条信息，那么接收方反应不过来了。这时候咋办？ROS会把发布的信息都写进缓冲区，先存个1000条，然后接收的程序慢慢从缓冲区里读，只要信息不超过1000条，总归是可以慢慢读完的。那么超过1000条了呢？最早的信息就直接丢掉了。缓冲区接收最新的信息放到信息序列的最后。即缓冲区的信息的数据结构是queue。第一条来的信息在序列满了的情况下会被第一个丢弃。   7：ros::Rate loop_rate(10) 这个很好理解，我的程序如果在不断地发布信息，那么有时候我会想控制发布的信息的快慢，这行表示你希望你发布信息的速度为10Hz。这个函数要和loop_rate.sleep()配合使用才能达到控制速度目的。   8：while(ros::ok()) 要是ros不OK，程序就退出了。什么时候ROS不OK呢？上面提供的中文链接中说了四种可能。最常见的就是你按下ctrl+c或者在程序遇到ros::shutdown()这行命令。   9: std_msgs::String msg定义了std_msgs::String的对象msg. 这是我们要发布的信息。可能有些同学会奇怪，我们要发布的是一个string类型的变量。C++中string类型的变量，在我们包含了头文件<string>之后，应该用类似于std::string st的命令来建立一个string类下的对象st。为什么ROS不直接发布那样一个对象却要发布一个”ROS里的string”呢？其实ROS为了管理方便，把所有可能发布的消息都归类到ROS中了。比如你想发布8位的整型变量，你不能直接定义一个int a然后发布a。你得用std_msgs::Int8 a发布这个a才行。那我怎么知道我想发布的变量应该怎么定义呢? 比如float, double 甚至机器人的pose，一张图片? 这个我们必须得从ROS wiki中找到我们想使用的变量该怎么定义。下一章我们会讲解怎么使用ROS wiki找到这些信息。另外如果你想发布的信息类型ROS里面没有，你可以自己定义，这个可能以后会讲到。   10：msg.data = ss.str()这一行的前面两行我们在3中已经讲了。这一行把ss.str()赋值给msg.data。天，这两个都是什么鬼？前面我们说了ss是stringstream的对象，它现在储存了hello world 0这个string类型的变量(假设此时count = 0)。提取stringstream中string的方法就是ss.str()。那么你可以猜得到，msg.data也是一个string类型的量。即msg包含一个成员data，这个成员在std_msgs::String这个类中应该是被这样定义了的   std::string data。那我怎么知道std_msgs::String包含一个成员变量data呢？这个同样需要查询ROS wiki才能得知。下一章讲。总之这行把我们想要发布的std::string搬运到了std_msgs::String中，这样我们才能发布这条消息。   10: ROS_INFO()这一行就可以理解为ROS里的printf()就可以了。   11: chatter_pub.publish(msg) 关键了。前面我们定义了一个chatter_pub。用来发布信息。在我们完成了把std::string放到std_msgs::String的msg之后，我们就可以发布这个信息了。方法就是这个直观的名字pusblish().   12: ros::spinOnce()关于这个函数和将出现的ros::spin()我们会专门用一节讲。简单来说这个函数是用于接收器的，必须要有spinOnce或者spin，ROS才会检测是不是接收到信息。spinOnce就是检测一次，spin()就是一直检测。但是我们这儿是发布器呀，为什么有它？所以它在这儿没用= = 。。。我也不知道官网为什么放进去。不过第一个例子我还是不改官网的了。   那么总结来说这个程序就是以10Hz的速度不断发布

hello world 0
hello world 1
hello world 2

cd ~/catkin_ws/src/pub_sub_test/src
touch sub_string.cpp

通过这两行命令，我们进入和pub_string.cpp相同的文件夹写sub_string.cpp程序。我们说过一个package的源文件一般都要写到它的src文件夹里。   打开sub_string.cpp我们把之前链接中代码复制进去，同样我也把注释去掉了。

#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"

/**
 * This tutorial demonstrates simple receipt of messages over the ROS system.
 */
void chatterCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg)
{
  ROS_INFO("I heard: [%s]", msg->data.c_str());
}

int main(int argc, char **argv)
{
  ros::init(argc, argv, "listener");

  ros::NodeHandle n;

  ros::Subscriber sub = n.subscribe("chatter", 1000, chatterCallback);

  ros::spin();

  return 0;
}

cd ~/catkin_ws/src/pub_sub_test/
gedit CMakeLists.txt

gedit是一个文本编写软件，一般Linux会自带，你要是没有的话就直接进入文件夹，双击CMakeLists.txt打开也可以．gedit ABC表示用gedit打开ABC，如果没有ABC就会创建一个．总之打开了CMakeLists之后里面有一堆东西，你先不用管．你找到里面有一行写着##Declare a C++ executable，在这一行前面或者后面添加如下内容

cd ~/catkin_ws/
catkin_make

roscore

cd ~/catkin_ws/
source devel/setup.bash
rosrun pub_sub_test sub_string

第二行命令是source是使计算机进入ROS环境，说得不准确但是直白些，source了之后计算机才能识别你很多的ROS专属命令．   第三行命令是跑ROS程序的．rosrun代表你要跑一个ROS节点了．第二个输入的是节点所在的package的名字，第三个自然就是节点自己的名字了．   输入完上面的命令之后，你的第二个terminal中的ROS接收程序就已经跑起来了．但是因为现在没有消息发布，所以你什么也看不到．这时候在第三个terminal中输入下面内容：

cd ~/catkin_ws/
source devel/setup.bash
rosrun pub_sub_test pub_string

source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
rqt_graph