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机器人基础知识，节点之间如何通讯

2026-07-20 20:23:48   0  举报

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AI智能生成

机器人基础知识，节点之间如何通讯

机器人通讯知识

ROS

小乌龟

模板推荐

作者其他创作

大纲/内容

目标

从0到1手搓机器人

价值

充分了解机器人各模组工作原理

意义

用机器人解决实际生活问题

实践

实践一：《环境搭建》

环境介绍

仿真环境：小乌龟

运行环境：Ubuntu系统中运行ROS（Robot Operating System）

为什么这么做？

这么做的意义是什么？

环境搭建

云服务

www.gpufree.cn

购买算力（4090+ros2+Jazzy）

启用ros（desktop—开启.bashrc文件最后命令）

连接

Desktop连接

SSH远程连接（MobaXterm）

IDE远程连接（Trae，Vscode）

虚拟机

安装虚拟机（可直接导入现有镜像）

安装Ubuntu

修改国内更新源

增强虚拟机（拷贝文件，自由鼠标）

刷新软件源列表：sudo apt update

安装桌面增强工具包：sudo apt install open-vm-tools-desktop -y

安装SSH服务

安装SSH服务：sudo apt install openssh-server

启动SSH服务：sudo service ssh start

设置开机自启：sudo systemctl enable ssh

安装ROS

环境安装

安装管理APT软件源脚本：sudo apt install software-properties-common

安装新软件源：sudo add-apt-repository universe

安装“ROS 2的APT软件源”：sudo dpkg -i ros2-apt-source_1.1.0.noble_all.deb

安装解压，下载器工具：sudo apt install tar bzip2 wget -y

安装工具

刷新软件源列表并安装ROS 2的开发工具集：sudo apt update && sudo apt install ros-dev-tools

安装ROS

刷新软件包列表：sudo apt update

升级软件包：sudo apt upgrade

安装ROS 2 Jazzy的桌面版：sudo apt install ros-jazzy-desktop

配置环境变量

启用ros：echo "source /opt/ros/jazzy/setup.bash" >> ~/.bashrc

连接

Desktop连接

SSH远程连接（MobaXterm）

IDE远程连接（Trae，Vscode）

实践二：《ROS基本原理》

通信机制

分布式通信

理解

生活场景举例：微信群，微信公众号

机器人举例：机器人环境感知和建图过程：摄像头驱动读取数据，封装成特定的消息，发送到指定的话题供建图节点分析数据并建图

组成

节点 (Node)：ROS中的基本运行单元

话题 (Topic)：节点间传递数据的“总线”或“频道”

消息 (Message)：在话题上传输的数据格式，定义了数据结构

特点

松耦合：发布者不关心谁在收听，订阅者也不关心谁在发布

通信实例：

启用ROS

echo "source /opt/ros/jazzy/setup.bash" >> ~/.bashrc

创建工作空间

mkdir -p ros_ws/src

构建工作目录

colcon build

创建包/节点

cd src ros2 pkg create --build-type ament_python --license Apache-2.0 --node-name my_node my_pkg

ament_python 构建系统管理

Apache 2.0 开源许可证，约束代码的使用、修改和分发规则

编辑节点

echo "Hello word,it is my first node ">>my_node

编译工作环境

cd ~/ros_ws colcon build

代码加载到ROS

source install/setup.bash

作用：确保自定义代码能被ROS系统识别和使用。

启动

ros2 run my_pkg my_node

小乌龟案例

启动

ros2 run turtlesim turtlesim_node

控制

数据控制：ros2 run rqt_publisher rqt_publisher

键盘控制：ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

分析

节点清单

ros2 node list

节点详情

ros2 node info /turtlesim

会话清单

ros2 topic list

会话详情

ros2 topic info /turtle1/cmd_vel

实践三：《自定义GUI发布节点》

操作（仿真）

自定义节点

创建工作目录:mkdir -p ros_ws/src

构建工作空间：colcon build

创建包/节点:cd src ros2 pkg create --build-type ament_python --license Apache-2.0 --node-name my_node my_pkg

创建发布者节点提示词：在my_pkg中创建一个gui的发布节点，向地址/turtle1/cmd_vel发送数据格式为geometry_msgs/msg/Twist 的数据，并提供linear x和angular z的交互设置，gui请采用qt实现，不要用tkinter，linear x的取值范围正负10，angular z用角度值，取值范围正负180

编译：cd ~/ros_ws colcon build

加载：source install/setup.bash

启动自定义节点：ros2 run my_pkg target_nav_gui

启动现有节点

编译：cd ~/ros_ws colcon build

加载：source install/setup.bash

启动小乌龟节点：ros2 run turtlesim turtlesim_node

启动控制节点：ros2 run rqt_publisher rqt_publisher

意义（机器人）

感知层（传感器数据输出）：这是发布者最基础的应用。激光雷达驱动节点会发布/scan话题（周围障碍物距离），摄像头驱动节点发布/image_raw话题（图像帧），GPS/IMU驱动节点发布/fix或/imu话题。这是机器人原始感知数据的“出口”。

状态估计层（内部状态输出）：机器人的核心算法会产出自身状态，并通过发布者向外界广播。例如里程计节点发布/odom（位置与速度），定位节点（AMCL）发布/amcl_pose（在地图中的精确位姿）。这些是机器人“自知之明”的数据来源。

决策与规划层（执行指令输出）：这是发布者体现“控制权”的地方。路径规划节点计算出最优路线后，会发布/plan话题；决策节点或语音指令解析节点最终会发布/cmd_vel（速度控制指令）——这是机器人底盘执行器唯一“听懂”的指令，直接驱动机器人的轮子或关节运动。

交互与反馈层（对外呈现输出）：为了让开发者或用户看到机器人的“内心想法”，发布者会发送可视化标记（Marker）给Rviz，显示路径、目标点；或者发送语音合成文本（TTS）到扬声器；以及发送日志状态（/rosout）供调试终端显示。

实践四：《自定义GUI订阅节点》

操作（仿真）

自定义节点

创建工作目录:mkdir -p ros_ws/src

构建工作空间：colcon build

创建包/节点:cd src ros2 pkg create --build-type ament_python --license Apache-2.0 --node-name my_node my_pkg

订阅者节点创建提示词：在my_pkg中创建一个gui的订阅者节点，订阅地址为：/turtle1/pose，数据类型为：turtlesim/msg/Pose，请用qt实现，将数据显示在界面上

编译：cd ~/ros_ws colcon build

加载：source install/setup.bash

启动自定义节点：ros2 run my_pkg target_nav_gui

启动现有节点

编译：cd ~/ros_ws colcon build

加载：source install/setup.bash

启动小乌龟节点：ros2 run turtlesim turtlesim_node

启动控制节点：ros2 run rqt_publisher rqt_publisher

意义(机器人)

感知系统 (传感器)：订阅者接收激光雷达 (/scan)、摄像头 (/image_raw)、IMU (/imu)等传感器的数据。这些数据是机器人“感知”世界的原材料。

决策与规划系统：订阅者接收来自定位模块 (/odom, /amcl_pose)的数据，为路径规划和导航算法提供依据。此外，语音识别的结果也由此接收。

执行与控制系统：这是订阅者最直接的体现。它接收运动控制指令 (/cmd_vel)，并发送给电机、舵机等执行器，让机器人动起来。

状态监控与反馈：订阅者持续监控机器人关节状态 (/joint_states)、电池电量等信息。当检测到异常（如关节超限）时，可触发保护机制。

人机交互与可视化：订阅者将机器人状态数据发送给可视化工具（如Rviz）进行实时显示，或供日志记录节点存档，方便开发者调试。

实践五：《发布和订阅节点整合》

操作：

整合节点创建提示词：在my_pkg中创建一个gui节点，整合cmd_vel_gui_node.py和pose_guinode.py 两节点功能，并在该节点完整体现。

启动： cd  ros_ws colcon build source install/setup.bash ros2 run my_pkg gui.py

意义：相关业务整合在一起便于管理，防止遗漏，操作信息可以直观显示

实践六：《输入数据自动导航》

操作：

目标数据输入节点创建提示词：在my_pkg中创建一个gui目标点导航节点，界面提供target x/y 输入、Go和Stop按钮，并订阅/turtle1/pose 与发布/turtle1/cmd_vel 让小乌龟自动移到目标点，请用Qt风格实现。

启动： cd  ros_ws colcon build source install/setup.bash ros2 run my_pkg gui.py

意义：让机器人到达指定目的地，实现自动导航功能

实践七：《launch启动所有节点》

操作：

launch启动节点创建提示词：我需要用launch启动ros2 run turtlesim turtlesim_node和ros2 run rqt_publisher rqt_publisher节点，请帮我生成启动配置文件

启动： cd  ros_ws colcon build source install/setup.bash ros2 launch my_pkg launch.py

意义：一键启动，方便管理，防止遗漏

实践八：《小乌龟按轨迹导航》

操作：

按自定义轨迹导航提示词：在my_pkg中创建一个gui节点，用户通过手动绘制GUI轨迹，小乌龟按手绘的顺序实现轨迹自动导航，项目请用ros launch进行启动

启动： cd  ros_ws colcon build source install/setup.bash ros2 launch my_pkg gui.py

意义：巡线机器人原理

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