ROS Noetic catkin 构建功能包并测试通信

需要注意的是，这里是ROS1 Noetic的教程，以下步骤均在openEuler 24.03下测试

• ROS2请使用colcon工具，可以参考此篇教程

本教程介绍如何使用 roscreate-pkg 或 catkin 创建新包，并使用 rospack 列出包依赖项。

Catkin 包的组成

一个 Catkin 包，必须满足以下几个要求：

• 该包必须包含一个符合 Catkin 标准的 package.xml 文件。

  • 这个 package.xml 文件提供了有关该包的元信息。

• 该包必须包含一个使用 Catkin 的 CMakeLists.txt 文件。

  • 如果是一个 Catkin 元包（metapackage），则必须有相关的模板化 CMakeLists.txt 文件。

• 每个包必须有自己的目录

  • 这意味着不能有嵌套包，也不能有多个包共享同一个目录。

最简单的包具有如下结构：

my_package/
  CMakeLists.txt
  package.xml

创建catkin工作空间

开发catkin软件包的推荐方法是使用catkin工作空间，但是你也可以单独开发catkin软件包。一个简单的工作空间如下所示：

workspace_folder/        -- catkin 工作空间
  src/                   -- 源码文件夹
    CMakeLists.txt       -- 顶层 CMake 文件，由catkin生成
    package_1/           -- 第一个软件包 package_1
      CMakeLists.txt     -- package_1 的 CMakeLists.txt 文件
      package.xml        -- package_1 的软件包清单
    ...
    package_n/           -- 第n个软件包 package_n
      CMakeLists.txt     -- package_n 的 CMakeLists.txt 文件
      package.xml        -- package_n 的软件包清单

假设你已经安装成功了ros1，我们需要先配置我们的ros环境

source /opt/ros/noetic/setup.bash
sudo ln -s /usr/bin/python3-catkin_find_pkg /usr/local/bin/catkin_find_pkg
sudo ln -s /usr/bin/python3-catkin_create_pkg /usr/local/bin/catkin_create_pkg

下面我们开始创建和构建一个catkin工作空间：

mkdir -p ~/catkin_ws/src
catkin_make

catkin_make命令在catkin工作空间中是一个非常方便的工具。在你的工作空间中第一次运行它时，它会在src目录下创建一个CMakeLists.txt的链接。

你会发现已经给你创建了一个“build”和“devel”文件夹。在“devel”文件夹中，您可以看到现在有几个 setup.*sh 文件。继续之前请source这个工作区下的devel/setup.bash文件设置工作区环境变量

source devel/setup.bash

创建catkin软件包

本部分教程将演示如何使用catkin_create_pkg脚本来创建一个新的catkin软件包，以及创建之后都能做些什么。

首先切换到刚才创建的空白catkin工作空间中的源文件空间目录

cd ~/catkin_ws/src

现在使用catkin_create_pkg命令创建一个名为beginner_tutorials的新软件包，这个软件包依赖于std_msgs、roscpp和rospy：

catkin_create_pkg beginner_tutorials std_msgs rospy roscpp

此时catkin_create_pkg工具会根据提供的依赖创建一个软件包模板

编写简单的发布者和订阅者（C++）

此时进入新建的beginner_tutorials包，并下载源码文件

cd beginner_tutorials/src
curl -o talker.cpp https://raw.githubusercontent.com/ros/ros_tutorials/refs/heads/noetic-devel/roscpp_tutorials/talker/talker.cpp
curl -o listener.cpp https://raw.githubusercontent.com/ros/ros_tutorials/refs/heads/noetic-devel/roscpp_tutorials/listener/listener.cpp

然后在beginner_tutorials/CMakeLists.txt的第137行添加如下内容

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

add_executable(listener src/listener.cpp)
target_link_libraries(listener ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(listener beginner_tutorials_generate_messages_cpp)

这将创建两个可执行文件talker和listener，默认情况下，它们将被放到软件包目录下的devel空间中，即~/catkin_ws/devel/lib/<package name>。

编写简单的发布者和订阅者（Python）

在软件包beginner_tutorials/目录下创建一个新的文件夹，用于存放Python脚本

mkdir scripts
cd scripts
curl -o talker.py https://raw.githubusercontent.com/ros/ros_tutorials/refs/heads/noetic-devel/rospy_tutorials/001_talker_listener/talker.py
chmod +x talker.py
curl -o listener.py https://raw.githubusercontent.com/ros/ros_tutorials/refs/heads/noetic-devel/rospy_tutorials/001_talker_listener/listener.py
chmod +x listener.py

然后在beginner_tutorials/CMakeLists.txt的Install部分添加如下内容

catkin_install_python(PROGRAMS scripts/talker.py
  DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION}
)

catkin_install_python(PROGRAMS scripts/listener.py
  DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION}
)

编写简单的服务和客户端（C++）

让我们创建一个srv文件

roscd beginner_tutorials
mkdir srv
curl -o srv/AddTwoInts.srv https://raw.githubusercontent.com/ros/ros_tutoria
ls/refs/heads/noetic-devel/rospy_tutorials/srv/AddTwoInts.srv

在package.xml中添加下面两行

  <build_depend>message_generation</build_depend>
  <exec_depend>message_runtime</exec_depend>

然后修改CMakeLists.txt，大概在第14行的位置添加message_generation

# 不要只将此行添加到 CMakeLists.txt 中，请修改现有行
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
  roscpp
  rospy
  std_msgs
  message_generation
)

删除 # 以取消注释以下行：

# add_service_files(
#   FILES
#   Service1.srv
#   Service2.srv
# )

并将占位符 Service*.srv 文件替换为您的服务文件：

add_service_files(
  FILES
  AddTwoInts.srv
)

下载源码文件

roscd beginner_tutorials
curl -o src/add_two_ints_server.cpp https://raw.githubusercontent.com/ros/ros_tutorials/refs/heads/noetic-devel/roscpp_tutorials/add_two_ints_server/add_two_ints_server.cpp
curl -o src/add_two_ints_client.cpp https://raw.githubusercontent.com/ros/ros_tutorials/refs/heads/noetic-devel/roscpp_tutorials/add_two_ints_client/add_two_ints_client.cpp

在CMakeLists.txt添加下面的内容

add_executable(add_two_ints_server src/add_two_ints_server.cpp)
target_link_libraries(add_two_ints_server ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(add_two_ints_server beginner_tutorials_gencpp)

add_executable(add_two_ints_client src/add_two_ints_client.cpp)
target_link_libraries(add_two_ints_client ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(add_two_ints_client beginner_tutorials_gencpp)

编写简单的服务和客户端（Python）

让我们创建一个srv文件

roscd beginner_tutorials
mkdir srv
curl -o srv/AddTwoInts.srv https://raw.githubusercontent.com/ros/ros_tutoria
ls/refs/heads/noetic-devel/rospy_tutorials/srv/AddTwoInts.srv

在package.xml中添加下面两行

  <build_depend>message_generation</build_depend>
  <exec_depend>message_runtime</exec_depend>

然后修改CMakeLists.txt，大概在第14行的位置添加message_generation

# 不要只将此行添加到 CMakeLists.txt 中，请修改现有行
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
  roscpp
  rospy
  std_msgs
  message_generation
)

删除 # 以取消注释以下行：

# add_service_files(
#   FILES
#   Service1.srv
#   Service2.srv
# )

并将占位符 Service*.srv 文件替换为您的服务文件：

add_service_files(
  FILES
  AddTwoInts.srv
)

下载源码文件

roscd beginner_tutorials
curl -o scripts/add_two_ints_client.py https://raw.githubusercontent.com/ros/ros_tutorials/refs/heads/noetic-devel/rospy_tutorials/005_add_two_ints/add_two_ints_client
chmod +x scripts/add_two_ints_client.py
curl -o scripts/add_two_ints_server.py https://raw.githubusercontent.com/ros/ros_tutorials/refs/heads/noetic-devel/rospy_tutorials/005_add_two_ints/add_two_ints_server
chmod +x scripts/add_two_ints_server.py

在CMakeLists.txt添加下面的内容

catkin_install_python(PROGRAMS scripts/add_two_ints_server.py scripts/add_two_ints_client.py
  DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION}
)

注意，目前 rospy 在某些情况下与 Python 3.11 的 logging 模块存在问题，所以需要将日志等级调至ERROR，否则会出现递归调用错误

# 在init_node的地方设置log_level=rospy.ERROR
rospy.init_node(NAME, log_level=rospy.ERROR)

编译工作空间

编译工作空间需要回到工作空间目录

cd ~/catkin_ws
catkin_make

出现错误了尝试再次执行catkin_make命令

不要忘记source这个工作区下的devel/setup.bash文件以设置工作区环境变量

source devel/setup.bash

测试Topic节点通信功能

首先新建一个终端，执行roscore

roscore

再新建一个终端，执行talker发布者节点

rosrun beginner_tutorials talker      # (C++)
rosrun beginner_tutorials talker.py   # (Python)

你会看到：

[ INFO] [1733137567.849563526]: hello world 0
[ INFO] [1733137567.951505521]: hello world 1
[ INFO] [1733137568.056751312]: hello world 2
[ INFO] [1733137568.157259379]: hello world 3
[ INFO] [1733137568.257426081]: hello world 4
[ INFO] [1733137568.357204509]: hello world 5
[ INFO] [1733137568.450970539]: hello world 6
[ INFO] [1733137568.556989952]: hello world 7

再新建一个终端，执行listener订阅者节点

rosrun beginner_tutorials listener      # (C++)
rosrun beginner_tutorials listener.py   # (Python)

你会看到：

[ INFO] [1733137611.118126712]: I heard: [hello world 3]
[ INFO] [1733137611.220794771]: I heard: [hello world 4]
[ INFO] [1733137611.319169605]: I heard: [hello world 5]
[ INFO] [1733137611.420422589]: I heard: [hello world 6]
[ INFO] [1733137611.520123230]: I heard: [hello world 7]
[ INFO] [1733137611.619708604]: I heard: [hello world 8]
[ INFO] [1733137611.718861613]: I heard: [hello world 9]

完成后，按Ctrl+C停止listener和talker。

测试Service节点通信功能

运行服务端

$ rosrun beginner_tutorials add_two_ints_server
[ INFO] [1733139026.126561451]: request: x=1, y=3
[ INFO] [1733139026.127457276]:   sending back response: [4]

运行客户端

$ rosrun beginner_tutorials add_two_ints_client 1 3
[ INFO] [1733139026.127719882]: Sum: 4

目前python版本的代码运行起来服务端会出现异常，C++版本正常

参考链接

• Writing a Simple Publisher and Subscriber (C++)
• Writing a Simple Publisher and Subscriber (Python)
• Writing a Simple Service and Client (C++)
• Writing a Simple Service and Client (Python)