ROS 基本概念和配置

2015-10-08

转载自: http://my.phirobot.com/blog/2013-12-overlay_catkin_and_rosbuild.html

Summary

本文通过一系列问题,解释 ROS 里面 node, package, workspace, source setup.bash, build system, overlay 等概念。并以最常用的 workspace 搭配方式,记录如何配置一个 catkin 和一个 rosbuild 工作空间,并 overlay 它们。

环境:ROS Hydro。

概念

ROS 里面有一系列概念,作为初学者,最先接触的概念非 node, package 和 workspace 莫属了。

node

node 是 ROS 里面最小的执行单位,你可以把 node 看成是一个 main 函数,当你启动一个 node,就相当于启动了一个 main 函数,通常这个 main 函数会不停循环监听某个消息,或者执行一系列操作,直至你关闭它,或者执行完退出。

package

package 是 ROS 里面最小的编译单位,也是 ROS 里面的搜索单位,你可以把 package 看成是一个有结构的文件夹,它包含多个 node 以及一些结构性质文件。ROS 里面的 node,是以 package 为单位进行编译的,一次编译 package 里面多个 node。

通常一条 ROS 的 node 执行命令具有以下结构:

rosrun <package_name> <node_name>

即执行某个 node 的时候,要标识这个 node 是属于哪个 package 的,ROS 会先通过 package 的名字检索到 package,再通过 node 名字找这个 package 下对应的 node 去执行。

workspace

首先思考一个问题: package 都被放在什么地方?

package 存在于两个地方。一个是 ROS 库,即当你安装 ROS 的地方,通常在 opt/ros/<distro>/share/ (<distro> 指你的 ROS 版本,如 hydro, groovy)里面(hydro 以前的版本还会有 stack),你无需关心,这些都是从 ROS 远程仓库下载下来的。另外一个地方,就是我们自己建的 workspace 了,我们自己的 package,或者网上下载的别人的 package 都必须放在 workspace 里面编译,才可以使用。

workspace 是 ROS 里面最小环境配置单位,你可以把 workspace 看成是一个有结构的文件夹,它包含多个 package 以及一些结构性质文件。一次将一个 workspace 配置进环境变量里面,你才能使用 ROS 命令执行与这个 workspace 里面的 package 相关的操作。

build system

前面提到的 package 和 workspace 都是有结构的,那么这些结构到底是怎么规定的呢?

这些结构,就是由 build system(编译系统)规定的。当你运行 workspace 相关的命令,它会在一个你指定的空文件夹下面放很多功能性质的文件,并将这个空文件夹变成一个 workspace。当你运行 package 相关的命令,它会在你指定的路径下面创建出 package。

目前,ROS 的 build system 有两种,一种叫做 catkin,另外一种叫做 rosbuild。利用不同的 build system 创建出来的 workspace 和 package 因此也分为两种。

rosbuild 是 ROS 传统的编译系统,从最初沿用至今,但面临被抛弃的状态。catkin 源于 ROS fuerte,当时只是被一小部分人使用,在 fuerte 的下一个版本 groovy 开始被正式使用,用于取代 rosbuild。为什么要用 catkin 取代 rosbuild?当然是因为 catkin 比 rosbuild 好很多,在实际应用过程中会感受到的,具体理由可以看看这个 catkin_conceptual_overview 。基于 catkin 编写的 package 叫做 wet package,基于 rosbuild 编写的 package 叫做 dry package,在 ROS 相关的问答里面会常常看到这种说法的。

source setup.bash

在 workspace 部分介绍了 package 存在的两个地方,那么,是不是我们打开 terminal,就能使用ROS命令,系统就能找到那些 package 呢?

这里,就要了解 source setup.bash 的功能。 source setup.bash 就是执行 setup.bash 脚本,而这个脚本,就会在环境中配置一些数据。

通常我们安装完 ROS 后,要先 source /opt/ros/<distro>/setup.bash,这条语句的目的就是将ROS相关的命令配置在当前 terminal 工作的环境中,我们在这个环境中就能使用 ROS 命令了,否则系统是无法知道 ROS 命令的存在的。同时,这条语句也会让 ROS 库中的 package 能够被找到。

当我们创建一个 workspace 后,同样系统也是不会知道这个 workspace 存在的,一切与这个 workspace 相关的 ROS 命令都会失效——这个 workspace 里面的 package 不会被 ROS 命令发现。要想将这个 workspace 的信息配置到环境里面,就必须执行这个 workspace 里面的 setup.bash 脚本,例如 catkin 的就是 source ~/catkin_ws/devel/setup.bash,rosbuild 的就是 source ~/rosbuild_ws/setup.bash

overlay

再来思考一个问题:你有一个或者多个 catkin workspace,同时你也有一个或者多个 rosbuild workspace;而某个名字叫 example_package 的 package 在 ROS库,在每个 workspace 里面都存在,当你运行 rosrun example_package example_package 的时候,到底会运行哪个位置的 example_package呢?

这就关系到 overlay 的概念。overlay就是一种操作,可以让不同的 workspace 层层覆盖,最底层的是 ROS 库。通过这种覆盖关系,当寻找某个 package 的时候,ROS 会先从顶层的 workspace 找,如果找不到再依次往下找。也可以看成是一个路径链条,当我们想把通过 overlay 链接起来的 workspace 和 ROS 库的路径配入环境的时候,我们只需要 source overlay 链条顶层的 workspace 的 setup.bash 脚本即可。

overlay rosbuild_ws->catkin_ws->ROS库

最常见的配置是一个 rosbuild workspace 和一个 catkin workspace 了(对应的文件夹分别为 rosbuild_ws 和 catkin_ws )。因为有时候我们需要使用这两种 workspace 里面的 package,而往往是自己的 package 优先于 ROS 库里面自带的 package 的。

overlay catkin_ws->ROS库

mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd ~/catkin_ws/src
catkin_init_workspace
cd ~/catkin_ws/
catkin_make

第一条语句创建 catkin_ws 文件夹,以及 src 文件夹;第二条和第三条语句是在 src 路径下初始化 catkin workspace,并指定 src 路径是 package 存放的路径;第四条和最后一条语句是在 catkin_ws 路径下编译整个 workspace,将会生成 catkin workspace 的结构,以及编译 src 下所有的 package。

Note

上面的操作会自动overlay ROS库,即catkin_ws->ROS库。如果不需要再加入rosbuild workspace,则执行 echo "source ~/catkin_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc 就行了,跳过后面的所有步骤。

overlay rosbuild_ws->catkin_ws

sudo apt-get install python-rosinstall

在新装的系统第一次运行 rosbuild 相关操作前,还要先安装一下 rosinstall。

mkdir ~/rosbuild_ws
cd ~/rosbuild_ws
rosws init . ~/catkin_ws/devel
mkdir ~/rosbuild_ws/sandbox
rosws set ~/rosbuild_ws/sandbox

前两条语句创建并进入 rosbuild_ws 文件夹;第三条语句初始化 rosbuild_ws 并 overlay 前面创建的 catkin workspace;第四条和最后一条语句创建文件夹 sandbox 并将其设置为 package 存放的文件夹。

source setup.bash

echo "source ~/rosbuild_ws/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

每次打开 terminal,都将会执行 ~/.bashrc 脚本。因此,第一条语句将引号内的内容写入 ~/.bashrc 后,每次打开 terminal,overlay 顶层的 rosbuild_ws 的 setup.bash 都会被 source,就不用我们手动 source了。

检查overlay路径

echo $ROS_PACKAGE_PATH

确认是否显示了下面4个路径:

/home/<user>/rosbuild_ws/sandbox:/home/<user>/catkin_ws/src:/opt/ros/<distro>/share:/opt/ros/<distro>/stacks

如果不全,说明之前的overlay出了问题。再进一步做检查:

gedit ~/rosbuild_ws/.rosinstall

看看有没有下面的内容:

- setup-file: {local-name: /home/<user>/catkin_ws/devel/setup.sh}
- other: {local-name: sandbox}

第一条指被 overlay 的 catkin workspace 路径,第二条指该 rosbuild workspace 的 package 存放目录。

更多的 overlay 概念,可以参考 catkin_workspace_overlayingusing_rosbuild_with_catkin

Reference

catkin_conceptual_overview

catkin_workspace_overlaying

using_rosbuild_with_catkin


标签: ROSrobotics

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