ROS2：CLI工具 | Koreyoshi

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ROS2

ROS 2机器人开发特色

ROS本质上其实就是用于快速搭建机器人的软件库和工具集。

其核心是稳定、安全和实时的通信能力。

通信是由DDS数据分发服务实现的，而我们使用者主要接触的是ROS2客户断层rclcpp和rclpy。

四大核心通信机制

话题：基于发布－订阅模式的通信方式，允许节点之间异步交换数据。

服务：同步通信方式，客户端发送请求，服务端处理并返回结果。

参数：用于机器人参数的设置和读取。

动作：支持复杂行为的通信方式，服务端可以反馈处理进度，客户端可以取消请求。

有什么

可视化工具

丰富的建模与运动学工具

强大的开源社区及应用框架

Gazebo，一个强大的开源仿真工具，可用于模拟机器人行为和环境。

Navigation 2框架，为移动机器人提供导航功能。

Moveit 2框架，用于机械臂的运动规划。

ROS 2基础工具

Turtlesim

Turtlesim是一个轻量级的用于学习ROS2的模拟器。

ROS2

ROS2工具是用户管理、检视和与ROS系统交互的方式。用户可以使用它来启动一个节点、设置参数、监听话题等等。

ros2 run [包名a] [节点名b] 运行包a中的节点b

ros2 node/topic/service/action list查看级诶但相关的主题、服务、操作等。

ros2 topic echo /turtle1/cmd_vel查看话题发布的数据

ros2 topic pub [选项] 话题名消息类型消息内容

ros2 topic pub --rate 1 /turtle1/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}}”以恒定速率1发送 ——once发送一条退出

ros2

rqt

rqt是一个用于ROS 2的图形用户界面工具。

/spawn服务call创建一个新的海龟。

/set_pen设置画笔

ROS通信方式

话题

ROS 2将复杂系统分解为许多模块化节点。话题是ROS图中的重要组成部分，作为节点交换消息的总线。

话题就像电台广播站：

一个主播（发布者）在固定频率上不断播报信息

无数听众（订阅者）可以随时调到这个频率收听

主播不知道谁在听，听众也不能直接回复主播

信息是单向流动的，像河流一样持续不断

核心特点：

单向通信：数据只能从发布者流向订阅者

一对多：一个发布者可以有多个订阅者

异步：发布者和订阅者独立运行，互不等待

持续流：数据像水流一样连续传输

无确认机制：不知道消息是否被接收

常见使用场景：

传感器数据流：激光雷达、摄像头、IMU的实时数据

机器人状态发布：位姿、速度、电池状态

控制指令流：持续发送速度指令到驱动器

监控数据：系统状态、日志信息

地图更新：SLAM过程中的实时地图

一个节点可以向任意数量的主题发布数据，并同时订阅任意数量的主题。

主题是数据在节点之间以及系统不同部分之间传递的主要方式之一。

服务

服务是ROS图中节点之间的另一种通信方法。服务基于调用-响应模型，而不是主题的发布-订阅模型。虽然主题允许节点订阅数据流并获得持续更新，但服务仅在客户端特定调用时提供数据。

服务就像客服热线：

客户（客户端）拨打热线提出具体问题（请求）

客服（服务端）接听电话，处理问题，给出答案（响应）

一次通话解决一个具体问题

有明确的开始和结束，是双向对话

核心特点

双向通信：有请求必有响应

一对一：一个请求对应一个服务端处理

同步/异步：通常客户端会等待响应

离散交互：每次调用独立完成

有确认机制：确保请求被处理

常见使用场景

计算服务：请求路径规划、坐标变换

控制命令：开关设备、切换模式

查询信息：获取地图、查询状态

触发动作：拍照、保存数据、开始任务

参数设置：配置机器人参数

节点可以使用ROS 2中的服务进行通信。与话题不同，话题是一种单向通信模式，其中一个节点发布信息，可以由一个或多个订阅者消费。服务是一种请求/响应模式，其中客户端向提供服务的节点发出请求，服务处理请求并生成响应。

话题与服务对比

特性	话题	服务
通信方向	单向广播	双向对话
连接关系	一对多	一对一
时效性	实时流数据	按需请求
数据流	连续不断	离散交互
典型场景	传感器数据	计算服务
资源消耗	持续占用	按需占用
可靠性	可能丢数据	确保响应

想象一个送餐机器人：

话题通信：不断发布自己的位置（让监控系统能看到）、发布摄像头画面

服务通信：接收“去A房间送餐”指令、请求“计算最优路径”、查询“电梯当前楼层”

参数

参数是节点的配置值。您可以将参数视为节点设置。节点可以将参数存储为整数、浮点数、布尔值、字符串和列表。

参数存储到YAML文件中

让我们改变 /turtlesim 的背景颜色:

然后你的 turtlesim 窗口的背景颜色会改变:

使用 set 命令设置参数只会在当前会话中生效，而不是永久生效。然而，你可以保存你的设置，并在下次启动节点时重新加载。

行为

行为是ROS 2中的一种通信类型，用于长时间运行的任务。它们由三个部分组成：目标（goal），反馈（feedback）和结果（result）。

行为是建立在主题（topics）和服务（services）之上的。它们的功能类似于服务，但行为可以被取消。与只返回单个响应的服务不同，行为还提供稳定的反馈。

动作使用客户端-服务器模型，类似于发布者-订阅者模型（在 topics tutorial 中有描述）。一个"动作客户端"节点向一个"动作服务器"节点发送一个目标，服务器节点确认目标并返回一系列反馈和结果流。

动作类似于服务，允许您执行长时间运行的任务，提供定期反馈，并可取消。

一个机器人系统可能会使用动作进行导航。一个动作目标可以告诉机器人前往一个位置。当机器人导航到该位置时，它可以沿途发送更新（即反馈），然后在到达目的地后发送最终结果消息。

特点

异步长任务：像后台任务

三部分结构：

目标（Goal） - 发送任务

反馈（Feedback） - 进度更新

结果（Result） - 最终成果

可监控可取消：随时查看进度或取消

场景：机器人移动控制

其他

日志rqt_console

rqt_console 是一个用于在ROS 2中检查日志消息的图形界面工具。通常，日志消息会显示在终端中。使用 rqt_console，您可以随时间收集这些消息，以更加仔细和有组织的方式查看它们，对它们进行过滤、保存，甚至可以重新加载保存的文件以在不同的时间进行检查。

ROS 2的记录器级别按严重程度排序：

Fatal：消息表明系统将终止以试图保护自身免受损害。

Error：消息表示存在重要问题，这些问题不一定会损坏系统，但会阻止其正常运行。

Warn：表示意外活动或非理想结果，可能表示更深层问题，但不会直接影响功能。

Info：表示事件和状态更新，作为系统正常运行的可视验证。

Debug：详细描述系统执行的每个步骤。

终端显示格式

[INFO][1723167975.972164925][python_node]:你好！

消息类别：[INFO]

时间戳：[1723167975.972164925]

节点名称：[python_node]

消息内容：你好！

修改终端日志显示格式

为了生成供``rqt_console``显示的日志消息，让乌龟撞到墙上。在新的终端中输入``ros2 topic pub``命令（在:doc:`主题教程 <../Understanding-ROS2-Topics/Understanding-ROS2-Topics>`中有详细讨论），如下所示：

ros2 topic pub -r 1 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 2.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0,y: 0.0,z: 0.0}}"

由于上述命令以固定速率发布主题，乌龟会持续撞墙。在``rqt_console``中，你会看到相同的消息以``Warn``严重级别一遍又一遍地显示，如下所示：

在你运行``ros2 topic pub``命令的终端中按下``Ctrl+C``，停止乌龟撞墙。

Launch启动节点

在大多数入门教程中，您每次运行新节点都需要打开新的终端。随着您创建更复杂的系统，并同时运行越来越多的节点，打开终端并重新输入配置详细信息变得繁琐。

启动文件允许您同时启动和配置包含 ROS 2 节点的多个可执行文件。

使用ros2 launch命令运行单个启动文件将一次性启动整个系统 - 所有节点及其配置。

打开一个新的终端并运行：

ros2 launch turtlesim multisim.launch.py

以下命令将运行下面的 Launch 文件：

注解

上面的启动文件是用Python编写的，但你也可以使用XML和YAML来创建启动文件。你可以在使用 Python、XML 和 YAML 编写 ROS 2 启动文件中查看这些不同的ROS 2启动文件格式的比较。

这将运行两个turtlesim节点：

暂时不用担心启动文件的内容。你可以在 ROS 2启动教程中找到更多关于ROS 2启动的信息。

录制和回放数据

ros2 bag 是一个命令行工具，用于记录系统中发布在主题上的数据。它会累积通过任意数量的主题传递的数据，并将其保存在数据库中。然后，您可以回放这些数据，以重现您的测试和实验结果。记录主题也是分享您的工作并允许他人重新创建的好方法。

录制

要记录发布到一个话题上的数据，请使用以下命令语法：

ros2 bag record <topic_name>

在对所选择的话题运行此命令之前，请打开一个新的终端并进入之前创建的``bag_files``目录，因为rosbag文件将保存在您运行命令的目录中。

运行以下命令：

ros2 bag record /turtle1/cmd_vel

你将在终端中看到以下消息（日期和时间会有所不同）：

现在``ros2 bag``正在记录发布在``/turtle1/cmd_vel``话题上的数据。返回到teleop终端并再次移动乌龟。移动的具体方式不重要，但尽量制造一个可识别的模式，以便在稍后回放数据时进行观察。

按下``Ctrl+C``停止记录。

数据将累积在一个新的袋子目录中，目录的命名方式为``rosbag2_year_month_day-hour_minute_second``。该目录将包含一个``metadata.yaml``文件和以记录格式保存的袋子文件。

播放

在重新播放bag文件之前，在运行teleop的终端中输入``Ctrl+C``。然后确保turtlesim窗口可见，这样你就可以看到bag文件的效果。

输入以下命令：

ros2 bag play subset

终端将返回以下消息：

[INFO] [rosbag2_storage]: Opened database 'subset'.

当您录制时，您的海龟将按照您输入的相同路径移动（尽管不是100％准确；turtlesim对系统时间的微小变化敏感）。

因为“subset”文件记录了“/turtle1/pose”主题，所以“ros2 bag play”命令将保持运行，直到您停止turtlesim，即使您没有移动海龟。

这是因为只要“/turtlesim”节点处于活动状态，它就会定期发布“/turtle1/pose”主题的数据。您可能已经注意到上面的“ros2 bag info”示例结果中，“/turtle1/cmd_vel”主题的“Count”信息只有9次；这是我们在录制过程中按下箭头键的次数。

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