- 在之前的课程当中，大家了解到了在ROS系统当中，所有的消息都是靠node（节点发出），在ROS Master（节点管理器）调节。那么是不是掌握了节点就是学会了ROS呢？并不是。
- 通讯，分布式通讯，这个只是ROS的核心功能之一。掌握了通讯，你可以轻而易举的研究透他人的程序包并转为己用，节点之间的通讯分为话题通讯、服务通讯、动作通讯三种。
- 话题通讯，两个节点之间发布msg消息进行通讯，一个节点发布，一个节点订阅。这种通讯并不是实时的，大多数用于雷达、里程计等信息，是告知机器人一些数据信息。
- 服务通讯，两个节点之间，Client客户端向Server服务端发起一个功能请求并传递相关参数，由Server服务端执行之后，将功能的实现反馈给Client客户端。这种通讯是实时的，有求比有应，大多数是用在一些固定的任务，获得任务的执行状态。比如拍照，如果Client客户端向Server服务端发群里拍照的请求，那么Server服务端在执行拍照之后，是要向Client客户端反馈一个信息，可能是一张图片，也可能是个flag标示，这个取决于你的程序设计。
- 动作通讯的机制较为复杂，它和服务通讯存在相似点，都是实时通讯，但是比起服务通 讯，它更多的是在一组、多个“服务通讯”的情境下使用。对于刚刚接触ROS的萌新，我不 建议你们取了解动作通讯机制。
- 这一节的内容是对我们之前内容的一个收尾。这一节的重点内容在于带着大家了解节点 和节点管理器到底是个什么，以及我们如何实现多台机器人通讯。同时，我们也会提供一个 Demo，让大家在虚拟场景下体验一下遥控。
关于节点和节点管理器的认知，如何搭建多机通讯
- 我们先来聊聊节点和节点管理器。在之前的学习当中，我们知道ROS程序在运行的时 候，ROS Master必须是启动状态。因为ROS Master负责调度node节点，我们的ROS程序 在运行的时候，首先任务就是在ROS Master进行注册，然后通过ROS Master的调度来处理数据。ROS是一个分布式的框架，加入你现在有多台机器人，那么我们就可以把ROS Master作为总的数据处理中心，不同机器人，也就是不同主机在启动的时候，通过网络地 址，直接在总的数据处理中心，也就是ROS Master主机进行进行注册。
- 如上图所示，在同一个域网下（即保证机器人与机器人处于同一个网络下），我们设定了192.168.0.100为主机，192.168.0.101和192.168.0.102为从机，那么三台机器人任何一台启动的节点，都会和主机相通，同时主机也会将节点列表（就是当前有哪些节点）告知两台从机，实现通讯。在这个过程中，主机一定要确保是启动状态，因为我们的从机在启动时会向主机发起连接请求，如果主机不在线，那么我们的从机时会启动失败的。
export ROS_MASTER_URI = http://主机IP:11311
这个指令是设定主机IP。
export ROS_HOSTNAME = 本机IP
- 这个指令是设定当前机器IP。还有一个是ROS_IP，但是优先级比较低，我们在这里不做讨论，基本使用不到。以上指令添加到~/.bashrc，生效环境变量即可。
- 这个位置的通讯很像MQTT通讯，从机与从机之间没有任何联系，只是从主机那里获得数据即可。主机不需要知道从机的地址，只是开发一个端口，从机通过主机的IP+端口，即可实现通讯。
小车启动进行时
- 我们在这里提供了一个小小的Demo，实现ROS在RVIZ仿真下的两轮差速小车。这个 内容的核心是在引导大家，熟悉两轮差速小车在ROS下的数据格式，请大家重点关注 cmd_vel速度指令话题和odom航迹推衍话题相关内容，同时也应该学会分析rqt_graph节 点关系图。
- 我们先来看一下运行的效果图。我们启动了两个launch文件，一个负责启动RVIZ仿真 器和模型，一个负责启动按键控制节点。功能包mbot_teleops是键盘控制功能包，你也可 以使用turtlesim下的turtle_teleop_node（控制小海龟的那一个），不过需要你来绑定一 些消息；功能包mbot_description是模型功能包，我们的小车模型和RVIZ的配置文件。
mbot_description模型仿真功能包
- 其中config是配置文件，是我们小车的一些参数以及RVIZ环境的一些参数；launch是 启动文件，现在有两个启动文件，display_mbot_with_camera_xacro.launch是查看当前 模型的，arbotix_mbot_with_camera_xacro.launch是仿真系统启动文件，我把键盘控制 的相关消息链接到了这个文件，可以实现键盘控制小车；meshes是材质文件库，在建立好 的模型增加一下贴图会更加逼真；urdf则是模型文件，里面有摄像头的模型、雷达的模型等 等。
- 还有就是package.xml和CMakeList.txt，这个两个文件的内容如下。
package.xml文件内容。
<?xml version="1.0"?>
<package format="2">
<name>mbot_description</name>
<version>0.0.0</version>
<description>The mbot_description package</description>
<maintainer email="hcx@todo.todo">hcx</maintainer>
<license>TODO</license>
<buildtool_depend>catkin</buildtool_depend>
<build_depend>urdf</build_depend>
<build_depend>xacro</build_depend>
<build_export_depend>urdf</build_export_depend>
<build_export_depend>xacro</build_export_depend>
<exec_depend>urdf</exec_depend>
<exec_depend>xacro</exec_depend>
<export>
</export>
</package>
主要是在依赖项添加了urdf依赖和xacro依赖，其他内容没有。然后是CMakeList.txt文 件，内容如下。
cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)
project(mbot_description)
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
urdf
xacro
)
catkin_package(
# INCLUDE_DIRS include
# LIBRARIES mbot_description
# CATKIN_DEPENDS urdf xacro
# DEPENDS system_lib
)
include_directories(
# include
${catkin_INCLUDE_DIRS}
)
- 同样，也是依赖urdf和xacro，其他的内容没有。如果不理解的，打击可以去看下我峨 嵋你的第三节，关于CMakeList.txt和package.xml讲解的相关内容。
- 其他部分代码量过大，在这里不一一介绍，这个功能包会提供给大家，大家可以自行下载验证。
mbot_teleop键盘控制功能包
- 这个功能包只有一个mbot_teleop.launch键盘控制启动文件，以及一个Python的 mbot_teleop.py键盘控制文件，其次就是CMakeList.txt和package.xml文件。老规矩，我 们先来看一下package.xml文件的内容。
<?xml version="1.0"?>
<package format="2">
<name>mbot_teleop</name>
<version>0.0.0</version>
<description>The mbot_teleop package</description>
<maintainer email="hcx@todo.todo">hcx</maintainer>
<license>TODO</license>
<buildtool_depend>catkin</buildtool_depend>
<build_depend>geometry_msgs</build_depend>
<build_depend>roscpp</build_depend>
<build_depend>rospy</build_depend>
<build_export_depend>geometry_msgs</build_export_depend>
<build_export_depend>roscpp</build_export_depend>
<build_export_depend>rospy</build_export_depend>
<exec_depend>geometry_msgs</exec_depend>
<exec_depend>roscpp</exec_depend>
<exec_depend>rospy</exec_depend>
<export>
</export>
</package>
- 从这个文件可以看到，这个功能包依赖了roscpp、rospy和geometry_msgs三个功能 包，roscpp是ROS C++的功能包，rospy是ROS Python的功能包。对于geometry_msgs有没有觉得很眼熟呢？没错，这就是我们用来发布cmd_vel的功能包。欧克，这个文件很是清晰。我们再来看一下CMakeList.txt文件的内容。
cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)
project(mbot_teleop)
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
geometry_msgs
roscpp
rospy
)
catkin_package(
# INCLUDE_DIRS include
# LIBRARIES mbot_teleop
# CATKIN_DEPENDS geometry_msgs roscpp rospy
# DEPENDS system_lib
)
include_directories(
# include
${catkin_INCLUDE_DIRS}
)
这个内容和package.xml的内容大同小异。 接下来就是我们的launch启动文件了，内容如下。
<launch>
<node name="mbot_teleop" pkg="mbot_teleop" type="mbot_teleop.py" output="screen">
<param name="scale_linear" value="0.1" type="double"/>
<param name="scale_angular" value="0.4" type="double"/>
</node>
</launch>
- 可以看到，内容相当的简洁。scale_linear和scale_angular分别是线速度标定参数和角 速度标定参数，这是保证机器人运动准确的重要标准，在这里我的参数是直接做好的，无需 修改。这个launch文件只启动了一个mbot_teleop.py文件，也就是键盘控制。
- 欧克，那么接下来我们来看下mbot_teleop.py的内容，如下。
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
import rospy
from geometry_msgs.msg import Twist
import sys, select, termios, tty
msg = """
Control mbot!
---------------------------
Moving around:
u i o
j k l
m , .
q/z : increase/decrease max speeds by 10%
w/x : increase/decrease only linear speed by 10%
e/c : increase/decrease only angular speed by 10%
space key, k : force stop
anything else : stop smoothly
CTRL-C to quit
"""
moveBindings = {
'i':(1,0),
'o':(1,-1),
'j':(0,1),
'l':(0,-1),
'u':(1,1),
',':(-1,0),
'.':(-1,1),
'm':(-1,-1),
}
speedBindings={
'q':(1.1,1.1),
'z':(.9,.9),
'w':(1.1,1),
'x':(.9,1),
'e':(1,1.1),
'c':(1,.9),
}
def getKey():
tty.setraw(sys.stdin.fileno())
rlist, _, _ = select.select([sys.stdin], [], [], 0.1)
if rlist:
key = sys.stdin.read(1)
else:
key = ''
termios.tcsetattr(sys.stdin, termios.TCSADRAIN, settings)
return key
speed = .2
turn = 1
def vels(speed,turn):
return "currently:\tspeed %s\tturn %s " % (speed,turn)
if __name__=="__main__":
settings = termios.tcgetattr(sys.stdin)
rospy.init_node('mbot_teleop')
pub = rospy.Publisher('/cmd_vel', Twist, queue_size=5)
x = 0
th = 0
status = 0
count = 0
acc = 0.1
target_speed = 0
target_turn = 0
control_speed = 0
control_turn = 0
try:
print msg
print vels(speed,turn)
while(1):
key = getKey()
# 运动控制方向键（1：正方向，-1负方向）
if key in moveBindings.keys():
x = moveBindings[key][0]
th = moveBindings[key][1]
count = 0
# 速度修改键
elif key in speedBindings.keys():
speed = speed * speedBindings[key][0] # 线速度增加0.1倍
turn = turn * speedBindings[key][1] # 角速度增加0.1倍
count = 0
print vels(speed,turn)
if (status == 14):
print msg
status = (status + 1) % 15
# 停止键
elif key == ' ' or key == 'k' :
x = 0
th = 0
control_speed = 0
control_turn = 0
else:
count = count + 1
if count > 4:
x = 0
th = 0
if (key == '\x03'):
break
# 目标速度=速度值*方向值
target_speed = speed * x
target_turn = turn * th
# 速度限位，防止速度增减过快
if target_speed > control_speed:
control_speed = min( target_speed, control_speed + 0.02 )
elif target_speed < control_speed:
control_speed = max( target_speed, control_speed - 0.02 )
else:
control_speed = target_speed
if target_turn > control_turn:
control_turn = min( target_turn, control_turn + 0.1 )
elif target_turn < control_turn:
control_turn = max( target_turn, control_turn - 0.1 )
else:
control_turn = target_turn
# 创建并发布twist消息
twist = Twist()
twist.linear.x = control_speed;
twist.linear.y = 0;
twist.linear.z = 0
twist.angular.x = 0;
twist.angular.y = 0;
twist.angular.z = control_turn
pub.publish(twist)
except:
print e
finally:
twist = Twist()
twist.linear.x = 0; twist.linear.y = 0; twist.linear.z = 0
twist.angular.x = 0; twist.angular.y = 0; twist.angular.z = 0
pub.publish(twist)
termios.tcsetattr(sys.stdin, termios.TCSADRAIN, settings)
代码的逻辑是通过按键操作，然后发布cmd_vel的角速度、线速度，cmd_vel的数据会 在仿真中得到解析，从而在仿真之中控制我们的小车。
让小车动起来
如果执行出错则可能没有装arbotix_python包，可以执行sudo apt-get install ros-melodic-arbotix
这个时候会启动我们的RVIZ并加载我们的小车，你看到了会是这样的。
- u、i、o、j、k、l、m、，、。分别对应八个方位，k是停止。q是增加运动速度，z降 低运动速度；w增加线速度，x降低线速度；e增加角速度，c降低角速度。
- 大家可以自行尝试以下。我们现在来看一下节点管理器，新打开一个终端，输入下面指令，即可打开节点关系图。
rqt_graph
- 我们看到，mbot_teleop发布了cmd_vel的消息被arbotix订阅到，然后arbotix’发布了 joint_states的消息给了robot_state_publisher，joint_state_publisher节点也发布了 joint_states消息给robot_state_publisher节点。可是我们并没有使用joint_state_publisher节点，那么它就只是创建，而并没有被我们“用户”使用。
- 在cmd_vel向仿真的转换过程当中，多了一个arbotix的节点来处理cmd_vel的数据， 这就是ROS！
- 在ROS当中，很多功能不需要我们自己去写，ROS自身就给我们提供了很多的功能包赖完成任务，我们所需要做的就是“熟练”，如果你的ROS经验足够，那么一个项目对你来说可能就是相互调用包即可，当然肯定也是有自身的开发的。
- 我们现在来看一下cmd_vel的内容。使用rostopic工具即可查看。
rostopic echo /cmd_vel
- 目前我们的小车没有运动，所以线速度和角速度持续为0，你可以在运动小车的时候来 监测以下cmd_vel的数值变化情况，看下是否只是X和Y的线速度变化，而Z的线速度不变； 是否只是Z的角速度变化，而X和Y的角速度不变。
- 我们也可以来看一下joint_states的内容，同样也是使用rostopic工具。
rostopic list /joint_states
- 可以看到，这是关于小车各个关节的姿态数据，通过cmd_vel向joint_states的转变， 实现了键盘控制仿真这样的一个功能。那么我们来思考一下，我们能否把这个cmd_vel数据发送给我们在现实世界中的小车呢？arbotix它还完成了哪些任务呢？
- 我们现在使用
rostopic list来查看一下所有的话题。
- 原来不仅只是rqt_graph节点关系图显示出来的，还有这么多的内容。欧克，大家可以 自行使用rostopic功能来查看指定内容，这里我重点讲述一些odom航迹推演话题。我们先 来看下odom的内容是什么。
rostopic echo /odom
这是一组完整的odom数据，数据组成有pose实际XYZ坐标值、当前姿态的四元数，twist发布的线速度、角速度数据。所以，ROS下的两轮差速小车是这样滴。
- cmd_vel是一个数据格式，也就是消息，odom也是一个数据格式，也是消息。我们可以根据左右轮速度计算得到Odom航迹，也可以发布一个cmd_vel来控制左右轮速度。在这 个过程中，陀螺仪的功能就由此展开。学生的常用的陀螺仪模块基本都是MPU6050模块，这是一款六轴陀螺仪，可以得到XYZ三轴的加速度以及XYZ三轴的角速度，通过陀螺仪来校准的Odom会让你的小车运行更加精准。
- 更多内容，更多细节希望大家勇于尝试，你的ROS之旅，由此扬帆起航。
