智能终端应用开发基础 课件 第9章 ROS常用组件

第9章

ROS常用组件Contents01.rosbag数据记录与回放02.launch文件03.TF的作用与使用04.rqt工具箱05.RViz三维可视化工具01rosbag数据记录与回放启动roscore进程，作为ROS系统的主节点，随后在终端中运行turtlesim节点，以启动turtlesim可视化工具。初始化ROS节点在乌龟移动时，确保选中启动turtle_teleop_key的终端窗口，以便通过键盘方向键控制乌龟在屏幕上的移动。记录话题数据执行turtle_teleop_key命令，启动一个允许用户通过键盘方向键控制turtlesim中乌龟移动的节点。启动键盘控制录制数据使用rostopic工具检查当前系统中发布的所有话题，包括/turtle1/color_sensor、/turtle1/cmd_vel等。列出话题创建目录以存储数据，运行rosbagrecord-a命令录制所有发布的话题数据至bag文件，持续记录直至系统状态变化。录制数据在turtle_teleop节点所在的终端窗口中控制乌龟移动约10秒后，按Ctrl+C停止rosbagrecord命令。停止录制录制所有发布的话题123运行rosbaginfo查看bag文件内容，确认包含的话题、消息数量和类型，验证录制的数据完整性。查看bag文件使用rosbagplay命令回放bag文件，重现系统运行过程，通过控制乌龟移动验证数据回放的一致性。播放bag文件调整rosbagplay的等待时间和发布速率，观察乌龟移动轨迹的变化，实现自定义的播放控制。自定义播放检查并回放bag文件03检查内容查看subset.bag文件内容，确认仅包含指定话题的数据，验证录制数据子集的准确性。01启动节点重新启动turtlesim节点和键盘控制节点，确保系统处于可录制状态，为录制特定话题做准备。02录制子集使用rosbagrecord命令，指定输出文件为subset.bag，并仅订阅/turtle1/cmd_vel和/turtle1/pose话题。录制数据子集行为微妙变化：turtlesim的移动路径对系统定时敏感，rosbag无法完全复制录制时的系统运行行为，包括消息处理过程中的微小变化。路径差异：乌龟路径在rosbag回放时可能与原始键盘控制路径有细微差异，受系统定时精度影响，整体形状相似但非完全一致。rosbag录制和回放的局限性02launch文件launch文件介绍Launch文件一键启动：Launch文件集合节点与参数，简化一键启动。ROS系统复杂，需并行运行多节点，手工启动繁琐。Roslaunch工具助力，一键启动，高效管理。Roslaunch简介：Roslaunch是ROS启动工具，支持SSH启动多节点，设置参数，重启进程，自动启动roscore。读取.roslaunch和XML文件，指定参数和节点及运行机器。传递参数参数设置语法：在启动文件中，若需为节点设置参数，采用与ROS重映射相同的语法。例如，为my_file.launch文件中的节点设置arg参数，其值为value。启动时设置参数：若要启动的文件指定了需要设置的参数，则可以使用与ROS重映射参数相同的语法进行设置，例如$roslaunchmy_file.launcharg:=value。Launch文件还包含machine、env、test等高级标签，分别用于定义机器信息、设置环境变量、以及指示测试节点运行。Group标签用于将一组配置应用于其内部节点，支持命名空间ns。Arg标签则用于定义启动参数，提升启动文件的可重用性和可配置性。Node标签内可定义name、pkg、type等属性，同时支持env、remap等子标签，实现环境变量设置、参数重映射等功能。Launch文件核心为node标签，定义ROS节点。同时包含rosparam、param、include等标签，分别用于参数设置、参数传递、文件导入。Group与Arg标签Node节点配置Roslaunch高级标签Launch文件基础标签解析launch文件03TF的作用与使用避免障碍物碰撞通过实时跟踪和变换坐标，TF能够确保机器人在复杂环境中精确导航，避免与障碍物发生碰撞，提升机器人操作的安全性和可靠性。参考系跟踪TF，即时间参考系，功能包通过树型数据结构，以时间为轴，跟踪多个参考系变化，维护坐标变换关系，确保数据准确性。坐标变换在机器人系统中，TF帮助用户查询不同参考系间的坐标变换，如机器人、激光雷达、相机等相对位置，为导航、感知提供基础数据。分布式操作TF的分布式操作特性确保所有节点组件均可访问参考系变换关系，无需中心服务器存储，提高系统灵活性和可扩展性。TF的作用坐标系变换01在小车系统中，base_laser和base_link是两个关键坐标系。激光传感器感知障碍物时，需将激光数据从base_laser变换到base_link，确保数据准确性。精度提升02在小车系统中，通过坐标变换精确调整激光雷达数据，减少误差，提升系统精度，满足高精度导航需求，确保机器人在复杂环境中稳定运行。ROS与TF框架03ROS提供了TF框架，极大地简化了坐标系转换的复杂性，使得开发者无需手动处理繁琐的坐标关系，提高了开发效率和系统稳定性。TF示例广播TF变换：向系统中广播参考系之间的坐标变换关系，直接将变换关系插入TF树中，无需同步。监听TF变换：接收并缓存系统中发布的所有参考系变换，并从中查询所需要的参考系变换。TF使用方法04rqt工具箱日志输出工具工具启动：使用rqt_console命令可启动该工具，界面可视化展示日志内容，支持按级别过滤，方便调试和监控ROS系统运行状态。消息概述：rqt_console工具用来图像化显示和过滤ROS系统运行状态中的所有日志消息，包括info、warn、error等级别的日志。计算图展示：rqt_graph工具可以图形化显示当前ROS系统中的计算图，节点和边清晰展示，便于理解和分析系统运行状态。工具启动：在系统运行时，使用rqt_graph命令即可启动该工具，通过图形化界面观察计算图，提升系统分析和调试效率。计算图可视化工具数值曲线绘制：rqt_plot是一个二维数值曲线绘制工具，可以将需要显示的数据在xy坐标系中使用曲线描绘。工具启动：使用rqt_plot命令启动工具后，在界面上方的Topic输入框中输入需要显示的话题消息，rqt_plot工具将数据以曲线形式展示。数据绘图工具动态配置：rqt_reconfigure工具可以在不重启系统的情况下，动态配置ROS系统中的参数，但是该功能的使用需要在代码中设置参数的相关属性。工具启动：使用rosrunrqt_reconfigurerqt_reconfigure命令启动工具后，在界面中输入框、滑动条或下拉框进行设置即可实现参数的动态配置。参数动态配置工具05RViz三维可视化工具RViz安装与启动01RViz已集成于ROS桌面完整版，安装ROS即享。安装命令是sudoapt-getinstallros-melodic-RViz，启动是roscore后rosrunRVizRViz。RViz主界面布局02启动成功的RViz主界面包含0:3D视图区，用于可视化显示数据；1:工具栏，提供视角控制、目标设置、发布地点等工具；3:显示项列表。界面区域功能详解03显示当前选择的显示插件，可以配置每个插件的属性；3:视角设置区，可以选择多种观测视角；4:时间显示区，显示当前的系统时间和ROS时间。安装并运行RViz添加完成后，RViz左侧列出已添加插件；点击插件列表前加号展开属性列表，按需求设置。重要属性为“Topic”，声明订阅来源，成功订阅后中间区显示数据。如果显示有问题，请检查属性区域的“Status”状态。Status有四种状态，如果显示的状态不是OK，那么请查看错误信息，并详细检查数据发布是否正常。点击RViz界面左侧下方的“Add”按键，罗列默认支持的所有数据类型显示插件。在列表中选择需要的数据类型插件，然后在“DisplayName”里填入名称。数据以适当的消息类型被发布之后，可在RViz中进行数据可视化。通过选择相应的RViz插件来订阅这些消息，即可直观地展示数据。