ROS开发学习记录【一】

阶段1：从 0 到工程级 ROS 基础能力

嵌入式 Linux / 工控机环境

ROS Noetic（无 GUI版本）

C++（roscpp）

一、为什么要写这篇总结？

在学习 ROS 的过程中，我逐渐意识到一件事：

真正学会 ROS 的标志，不是"跑通示例"，
而是"能在嵌入式 Linux / 工控机上独立搭建、调试 ROS 系统"。

因此，我决定在 阶段 1 完成后，对整个学习过程做一次系统总结，并整理成博客，一方面加深理解，另一方面也希望能给后来者一些参考。

二、阶段 1 的学习目标

阶段 1 的目标非常明确，不追求"功能炫酷"，而是夯实基础：

理解 ROS 的运行模型
掌握 ROS 节点与通信机制
能在 无 GUI 的嵌入式 Linux / 工控机环境 下调试 ROS
具备工程级 ROS 入门能力

三、ROS 的运行模型（核心认知）

1. ROS 不是一个程序

ROS 的本质是一个分布式通信系统，由三部分构成：

cpp 复制代码

roscore + 多个节点（Node） + 通信机制（Topic / Service）

roscore
- 提供 Master（注册中心）
- 参数服务器
- 日志系统
Node
- 本质是 Linux 进程
- 每个节点都是一个独立程序
Topic
- 发布 / 订阅模型
- 异步、解耦通信

四、catkin 工作空间结构

在 ROS Noetic 中，常用的构建系统是 catkin。

1. 工作空间目录结构

catkin_ws/

├── src/ # 源码目录（开发只在这里进行）

│ └── myros_demo/

├── build/ # 编译中间文件

├── devel/ # 运行环境（可执行文件）

└── install/ # 安装目录（可选）

实际开发中：

只需要关心 src
build 和 devel 都是自动生成的

五、第一个 ROS 包：myros_demo

1. 创建 ROS 包

cpp 复制代码

catkin_create_pkg myros_demo roscpp std_msgs

这一步完成了：

创建标准 ROS 包结构
声明依赖：
- roscpp：C++ ROS API
- std_msgs：标准消息类型

2. 包结构说明

myros_demo/

├── CMakeLists.txt # 编译规则（最关键）

├── package.xml # 包信息与依赖声明

└── src/

├── talker.cpp # 发布者节点

└── listener.cpp # 订阅者节点

六、核心节点代码解析

1. talker.cpp ------ 发布者节点

功能说明

周期性向指定 topic 发布字符串消息

发布频率和 topic 名可通过参数配置

关键代码解析

cpp 复制代码

ros::init(argc, argv, "talker");

初始化 ROS
注册节点名 talker

cpp 复制代码

ros::NodeHandle nh("~");

使用私有命名空间

所有参数和 topic 都挂在 /talker 下

cpp 复制代码

nh.param<std::string>("topic", topic_name, "chatter");
nh.param<int>("rate", rate_hz, 1);

从 参数服务器 读取参数
实现"代码不变，行为可配置"

cpp 复制代码

ros::Publisher pub =
    nh.advertise<std_msgs::String>(topic_name, 10);

创建发布者
10 表示发送队列长度（缓冲）

cpp 复制代码

ros::Rate rate(rate_hz);

控制发布频率
是 ROS 中调度与实时性的基础

2. listener.cpp ------ 订阅者节点

功能说明

订阅 topic，并在回调函数中处理数据

cpp 复制代码

ros::Subscriber sub =
    nh.subscribe("chatter", 10, callback);

创建订阅者
注册回调函数

cpp 复制代码

ros::spin();

进入 ROS 事件循环
没有 spin，回调函数不会执行

七、CMakeLists.txt（最容易踩坑的部分）

1. CMakeLists.txt 的核心作用

决定你的 ROS 节点能否"正确链接 ROS 库"。

2. 关键配置说明

cpp 复制代码

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
  roscpp
  std_msgs
)

声明 ROS 依赖
决定 ros::init 等符号是否可用

cpp 复制代码

include_directories(${catkin_INCLUDE_DIRS})

指定头文件搜索路径

cpp 复制代码

add_executable(talker src/talker.cpp)
target_link_libraries(talker ${catkin_LIBRARIES})

编译可执行文件
链接 ROS 核心库（非常关键）

八、无 GUI 环境下的 ROS 调试方法

在嵌入式 Linux / 工控机环境中，通常没有图形界面，此时命令行调试尤为重要。

1. rostopic 常用命令

cpp 复制代码

rostopic list        # 查看所有 topic
rostopic echo /xxx   # 查看 topic 数据
rostopic hz /xxx     # 查看 topic 频率

2. rostopic info ------ rqt_graph 的替代方案

cpp 复制代码

rostopic info /chatter

可以清楚看到：

发布者
订阅者

在无 GUI 场景下：
rostopic info 就是文字版 rqt_graph

九、命名空间（阶段 1 的隐藏重点）

使用：

cpp 复制代码

ros::NodeHandle nh("~");

并结合参数：

cpp 复制代码

rosrun myros_demo talker _topic:=fast_chatter

最终 topic 实际为：

cpp 复制代码

/talker/fast_chatter

这是 ROS 中：

多节点实例
工程部署
命名隔离

的核心设计。

十、参数服务器（阶段 1 的核心成果）

通过参数服务器，可以做到：

cpp 复制代码

rosrun myros_demo talker _rate:=5 _topic:=fast_chatter

实现：

修改发布频率
修改 topic 名
无需重新编译

这是 ROS 工程化能力的关键体现。

十一、阶段 1 总结与收获

✅ 阶段 1 完成后：

理解 ROS 的运行模型
独立创建 ROS 包
编写并调试 C++ ROS 节点
在无 GUI 的嵌入式 Linux 上调试 ROS
使用参数服务器进行工程级配置

十二、下一步计划（阶段 2）

阶段 2 将进入真实硬件世界：

ROS ↔ 串口（UART）
ROS ↔ MCU
传感器数据采集
工控机真实项目结构