智能終端應用開發基礎 課件 第9章 ROS常用組件

第9章

ROS常用組件Contents01.rosbag數據記錄與回放02.launch文件03.TF的作用與使用04.rqt工具箱05.RViz三維可視化工具01rosbag數據記錄與回放啟動roscore進程，作為ROS系統的主節點，隨后在終端中運行turtlesim節點，以啟動turtlesim可視化工具。初始化ROS節點在烏龜移動時，確保選中啟動turtle_teleop_key的終端窗口，以便通過鍵盤方向鍵控制烏龜在屏幕上的移動。記錄話題數據執行turtle_teleop_key命令，啟動一個允許用戶通過鍵盤方向鍵控制turtlesim中烏龜移動的節點。啟動鍵盤控制錄制數據使用rostopic工具檢查當前系統中發布的所有話題，包括/turtle1/color_sensor、/turtle1/cmd_vel等。列出話題創建目錄以存儲數據，運行rosbagrecord-a命令錄制所有發布的話題數據至bag文件，持續記錄直至系統狀態變化。錄制數據在turtle_teleop節點所在的終端窗口中控制烏龜移動約10秒后，按Ctrl+C停止rosbagrecord命令。停止錄制錄制所有發布的話題123運行rosbaginfo查看bag文件內容，確認包含的話題、消息數量和類型，驗證錄制的數據完整性。查看bag文件使用rosbagplay命令回放bag文件，重現系統運行過程，通過控制烏龜移動驗證數據回放的一致性。播放bag文件調整rosbagplay的等待時間和發布速率，觀察烏龜移動軌跡的變化，實現自定義的播放控制。自定義播放檢查并回放bag文件03檢查內容查看subset.bag文件內容，確認僅包含指定話題的數據，驗證錄制數據子集的準確性。01啟動節點重新啟動turtlesim節點和鍵盤控制節點，確保系統處于可錄制狀態，為錄制特定話題做準備。02錄制子集使用rosbagrecord命令，指定輸出文件為subset.bag，并僅訂閱/turtle1/cmd_vel和/turtle1/pose話題。錄制數據子集行為微妙變化：turtlesim的移動路徑對系統定時敏感，rosbag無法完全復制錄制時的系統運行行為，包括消息處理過程中的微小變化。路徑差異：烏龜路徑在rosbag回放時可能與原始鍵盤控制路徑有細微差異，受系統定時精度影響，整體形狀相似但非完全一致。rosbag錄制和回放的局限性02launch文件launch文件介紹Launch文件一鍵啟動：Launch文件集合節點與參數，簡化一鍵啟動。ROS系統復雜，需并行運行多節點，手工啟動繁瑣。Roslaunch工具助力，一鍵啟動，高效管理。Roslaunch簡介：Roslaunch是ROS啟動工具，支持SSH啟動多節點，設置參數，重啟進程，自動啟動roscore。讀取.roslaunch和XML文件，指定參數和節點及運行機器。傳遞參數參數設置語法：在啟動文件中，若需為節點設置參數，采用與ROS重映射相同的語法。例如，為my_file.launch文件中的節點設置arg參數，其值為value。啟動時設置參數：若要啟動的文件指定了需要設置的參數，則可以使用與ROS重映射參數相同的語法進行設置，例如$roslaunchmy_file.launcharg:=value。Launch文件還包含machine、env、test等高級標簽，分別用于定義機器信息、設置環境變量、以及指示測試節點運行。Group標簽用于將一組配置應用于其內部節點，支持命名空間ns。Arg標簽則用于定義啟動參數，提升啟動文件的可重用性和可配置性。Node標簽內可定義name、pkg、type等屬性，同時支持env、remap等子標簽，實現環境變量設置、參數重映射等功能。Launch文件核心為node標簽，定義ROS節點。同時包含rosparam、param、include等標簽，分別用于參數設置、參數傳遞、文件導入。Group與Arg標簽Node節點配置Roslaunch高級標簽Launch文件基礎標簽解析launch文件03TF的作用與使用避免障礙物碰撞通過實時跟蹤和變換坐標，TF能夠確保機器人在復雜環境中精確導航，避免與障礙物發生碰撞，提升機器人操作的安全性和可靠性。參考系跟蹤TF，即時間參考系，功能包通過樹型數據結構，以時間為軸，跟蹤多個參考系變化，維護坐標變換關系，確保數據準確性。坐標變換在機器人系統中，TF幫助用戶查詢不同參考系間的坐標變換，如機器人、激光雷達、相機等相對位置，為導航、感知提供基礎數據。分布式操作TF的分布式操作特性確保所有節點組件均可訪問參考系變換關系，無需中心服務器存儲，提高系統靈活性和可擴展性。TF的作用坐標系變換01在小車系統中，base_laser和base_link是兩個關鍵坐標系。激光傳感器感知障礙物時，需將激光數據從base_laser變換到base_link，確保數據準確性。精度提升02在小車系統中，通過坐標變換精確調整激光雷達數據，減少誤差，提升系統精度，滿足高精度導航需求，確保機器人在復雜環境中穩定運行。ROS與TF框架03ROS提供了TF框架，極大地簡化了坐標系轉換的復雜性，使得開發者無需手動處理繁瑣的坐標關系，提高了開發效率和系統穩定性。TF示例廣播TF變換：向系統中廣播參考系之間的坐標變換關系，直接將變換關系插入TF樹中，無需同步。監聽TF變換：接收并緩存系統中發布的所有參考系變換，并從中查詢所需要的參考系變換。TF使用方法04rqt工具箱日志輸出工具工具啟動：使用rqt_console命令可啟動該工具，界面可視化展示日志內容，支持按級別過濾，方便調試和監控ROS系統運行狀態。消息概述：rqt_console工具用來圖像化顯示和過濾ROS系統運行狀態中的所有日志消息，包括info、warn、error等級別的日志。計算圖展示：rqt_graph工具可以圖形化顯示當前ROS系統中的計算圖，節點和邊清晰展示，便于理解和分析系統運行狀態。工具啟動：在系統運行時，使用rqt_graph命令即可啟動該工具，通過圖形化界面觀察計算圖，提升系統分析和調試效率。計算圖可視化工具數值曲線繪制：rqt_plot是一個二維數值曲線繪制工具，可以將需要顯示的數據在xy坐標系中使用曲線描繪。工具啟動：使用rqt_plot命令啟動工具后，在界面上方的Topic輸入框中輸入需要顯示的話題消息，rqt_plot工具將數據以曲線形式展示。數據繪圖工具動態配置：rqt_reconfigure工具可以在不重啟系統的情況下，動態配置ROS系統中的參數，但是該功能的使用需要在代碼中設置參數的相關屬性。工具啟動：使用rosrunrqt_reconfigurerqt_reconfigure命令啟動工具后，在界面中輸入框、滑動條或下拉框進行設置即可實現參數的動態配置。參數動態配置工具05RViz三維可視化工具RViz安裝與啟動01RViz已集成于ROS桌面完整版，安裝ROS即享。安裝命令是sudoapt-getinstallros-melodic-RViz，啟動是roscore后rosrunRVizRViz。RViz主界面布局02啟動成功的RViz主界面包含0:3D視圖區，用于可視化顯示數據；1:工具欄，提供視角控制、目標設置、發布地點等工具；3:顯示項列表。界面區域功能詳解03顯示當前選擇的顯示插件，可以配置每個插件的屬性；3:視角設置區，可以選擇多種觀測視角；4:時間顯示區，顯示當前的系統時間和ROS時間。安裝并運行RViz添加完成后，RViz左側列出已添加插件；點擊插件列表前加號展開屬性列表，按需求設置。重要屬性為“Topic”，聲明訂閱來源，成功訂閱后中間區顯示數據。如果顯示有問題，請檢查屬性區域的“Status”狀態。Status有四種狀態，如果顯示的狀態不是OK，那么請查看錯誤信息，并詳細檢查數據發布是否正常。點擊RViz界面左側下方的“Add”按鍵，羅列默認支持的所有數據類型顯示插件。在列表中選擇需要的數據類型插件，然后在“DisplayName”里填入名稱。數據以適當的消息類型被發布之后，可在RViz中進行數據可視化。通過選擇相應的RViz插件來訂閱這些消息，即可直觀地展示數據。