ROS Melodic的网络控制

Jacktang

ROS Melodic的网络控制 [复制链接]

      所要介绍的是有关ROS机器人的，不是软路由。这篇文章里的R不是Route，而是Robot的缩写。

      ROS系统中一个非常重要的一个概念是节点。一个ROS机器人系统由众多节点构成，每个节点是独立的软件模块。当一个机器人系统足够复杂时，只有一台小电脑可能不堪重负。于是多个节点就不可避免得要被放到不同的机器上跑，这时候就会用到网络通信。

1 ROS简介

        我们过去已经见过一些Chibios、Nuttx等机器人操作系统，这些系统一般在单片MCU上跑，可以用来做无人车、空中机器人或无人潜航器。使用这种操作系统的机器人项目有很多，比较有名的有PX4、Paparazzi UAV等。因为属于嵌入式操作系统，这种操作系统的使用和开发的难度都是很大的。

今天我们来聊聊另一个更偏应用层的“操作系统”——ROS。

ROS(Robot Operating System)是一个机器人用的“操作系统”。ROS是个软件系统（相当于嵌入式系统的应用层），它需要在Linux系统上跑。

既然它不是传统意义的操作系统，为什么ROS的英文名字会叫Operating System呢？因为ROS对不同的机器人、传感器进行了封装。然后，当你要做激光SLAM建图、双目视觉扫描或运动规划时，就可以通过ROS的API接口来操作硬件；在操作上，就像基于一个操作系统来编程一样。

2 ROS的特点

ROS可以实现计算机集群操作系统的功能。更妙的是，由于应用层的C和Python代码可以跨平台使用，这个计算机集群甚至可以由X86、ARM等不同架构来组合。ROS使用了跨平台的模块化软件通讯机制，ROS系统中每个功能是实现都由各自的节点来实现，每个节点又可以分布式地跑在不同的机器上。比如，可以把PX4飞控与树莓派组成一个无人机节点，通过网络接入到一个由x86计算机集群组成的ROS系统中，然后让X86电脑来做视觉识别计算、激光SLAM建图以及路径计算，以此来扩展更高端的功能。

3 ROS版本的选择

      目前常见的ROS有两个版本，Kinetic和Melodic，Melodic是最新版本。

      虽然Melodic是最新版本，但还是经常有人问我怎么在友善之臂的RK3399上安装ROS Kinetic。我也很疑惑，友善之臂已经适配ROS Melodic了，为什么还有人要装Kinetic呢？

       原来，初学者容易被名字误导，而想要Kinetic版本。Melodic的英文名听上去像音乐播放器，很难让人联想到机器人。相对的，Kinetic这个名字有动力学的意思，听上去似乎比Melodic更专业一些。然而，事实上Melodic是Kinetic的升级版本。

       也有些情况，是因为萌新看完Kinetic的中文教程以后，不会灵活应变，换Melodic以后连ROS软件包都不会安装了。对于这个问题，本文第5小节会指导怎么装Melodic的软件包。

4 ROS Melodic系统安装

如果是ubuntu18系统，安装方法很简单，直接用apt命令就可以了。

1. sudo sh -c '. /etc/lsb-release && echo "deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ros/ubuntu/ $DISTRIB_CODENAME main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'
2. sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654
3. sudo apt-get up<ickey>date
4. sudo apt-get install ros-melodic-desktop-full
5. sudo rosdep init
6. rosdep up.bash

我喜欢下面这样做，写入用户bashrc里。下次重启后就不用每次重新设置了

1. echo "source /opt/ros/melodic/setup.bash" >> ~/.bashrc

5 ROS软件包安装

考虑到有萌新不会装Melodic的软件包，这一小节说说Melodic软件包的安装方法。安装例子就用大家最感兴趣的无人机Mavlink协议和激光雷达SLAM建图的相关软件包吧。

MAVlink是一种非常常见的机器人通信协议，在开源的无人机项目中，PX4、Ardupilot等都是用这种协议的。ROS要与这些机器人通讯，需要先装一下mavros软件包。

1. sudo apt-get install ros-melodic-mavros

机器人上装有激光雷达，当需要根据激光雷达的数据建立虚拟地图并对自身进行定位时，就需要先装一下slam gmapping软件包

1. sudo apt-get install ros-melodic-slam-gmapping

聪明的你已经看出规律了吧，这些包的安装方式都是：

1. sudo apt-get install ros-melodic-包名

如果你在ROS中文站找到了一个需要的教程，但是发现教程较老，对应的ROS版本比较低，比如kinetic版本的。

可以试试把教程里的apt命令中的安装包名字里的kinetic直接替换为melodic。

6 网络通信例子

ROS系统需要一个主机节点，即master，然后实现各种功能的所有的子节点都去连接这个主机节点。主节点和子节点可以在同一台电脑上，也可以在不同的电脑上（即网络通信）。

这一小节，我们要做三个节点，一个Master节点，一个帧听节点，一个发送节点。

首先是Master节点。对于Master来说，主机名和主机IP都是本地，即localhost，不需要特别的配置

1. roscore

我们使用友善之臂的RK3399板子（型号NanoPi M4）来跑Master节点，截图如下。调试打印信息显示了ROS的版本和节点端口号

上面这个例子是放在嵌入式的友善之臂上，实际上，Master节点放在x86电脑上跑也是没问题的。原理一样。

侦听节点和发送节点可以放在不同的电脑上，所有子节点都要配置ROS MASTER URI（注意是i的大写，一竖后面没有弯，别写成URL了）连接到同一个master节点。

侦听节点的命令代码举个例子。如果，我们已经在192.168.1.116上开了一个master节点。那么，192.168.1.116以外IP的电脑需要输入如下命令：

1. export ROS_MASTER_URI=http://192.168.1.116:11311
2. rosrun rospy_tutorials listener.py

上面这个命令需要输入IP号，其实也可以用电脑的hostname来代替。方法如下：把除master节点以外的电脑的hosts文件设置一下，把hostname对应的IP都写上，这样就能实现hostname的解析。举个例子，如果master节点的电脑名师NanoPi-M4，它的IP是192.168.1.111，那么侦听节点的代码也可以写成如下：

1. export ROS_MASTER_URI=http://NanoPi-M4:11311
2. rosrun rospy_tutorials listener.py

发送节点的配置方法也是一样，如果已经配置了hosts，就直接这样写：

1. export ROS_MASTER_URI=http://NanoPi-M4:11311
2. rosrun rospy_tutorials talker.py

下面是测试图片，ROS1发送数据，ROS2侦听。
刚开始，ROS2是没有数据的

然后ROS1开启发送，发了hello world

ROS2节点收到hello world

7网络控制

前面几小节讲了怎么开启master节点和子节点。我们归纳一下，一句话：除了主机节点外，实现各种功能的子节点需要在启动前设置ROS_MASTER_URI为主节点所在IP和端口。

这一小节，我们用ROS的来玩玩网络控制，要被控制的是喜闻乐见的乌龟机器人。因为前面一小节已经开启了主节点了，所以这一小节要开启两个节点。我们有两台电脑做子节点，ROS1和ROS2

下面我们要对ROS1和ROS2分别做如下的设置：
1、乌龟机器人控制节点（在ROS2上跑）；2网络遥控节点（在ROS1上跑）。

在ROS1中，先设置ROS_MASTER_UR，开启乌龟机器人的节点。虽然是个虚拟的仿真平台，并不是实际的硬件，但用来演示ROS的网络控制已经是足够的了。下图中ROS2开启了乌龟机器人节点，显示了机器人的仿真图像，目前太还没有接收到遥控指令。

然后，在ROS1上设置ROS_MASTER_UR并开启遥控节点，然后，在ROS1上输入上下左右，就可以控制ROS2中的乌龟前进或转弯。

在ROS1上随意控制一下。可以发现ROS2上的乌龟随着你的操作开始动了

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太有用的分享啦，喜欢，谢谢啦。