11 月 18 日 ROS 学习笔记——可视化和调试工具

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前言

本文为 11 月 18 日 ROS 学习笔记——可视化和调试工具，分为两个章节：

• 调试 ROS 节点，
• 检测系统状态

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一、调试 ROS 节点

ROS 节点可以像正常程序一样调试。调试程序在系统中运行时有一 个进程号（PID）。可以用任何标准工具（gdb）进行调试。同样可以用 memcheck 检查内存泄漏，或者用 callgrind 分析算法性能。

1. gdb 调试器

使用 gdb 调试器调试一个节点，只需知道可执行节点的路径。在 ROS Kinetic 和 catkin 功能包中，节点的可执行文件在工 作空间的 devel/lib/ 文件夹下。

cd /home/li/Documents/Chapter2_tut/devel/lib/demo01_pub_cli
gdb example1_a
(gdb) r
>>> Starting program: /home/li/Documents/Chapter2_tut/devel/lib/demo01_pub_cli/example1_a 
	[Thread debugging using libthread_db enabled]
	Using host libthread_db library "/lib/x86_64-linux-gnu/libthread_db.so.1".
	[New Thread 0x7ffff49fe700 (LWP 41626)]
	[New Thread 0x7fffeffff700 (LWP 41627)]
	[New Thread 0x7fffe77fe700 (LWP 41628)]
	[New Thread 0x7fffef7fe700 (LWP 41629)]
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2. 在 ROS 节点启动时调用 gdb 调试器

• 在节点启动时调用 gdb 调试器

<launch>
    <node name="example1_a" pkg="demo01_pub_cli" type="example1_a" 
        launch-prefix="xterm -e gdb --args" output="screen" />
    <node name="example1_b" pkg="demo01_pub_cli" type="example1_b"
        launch-prefix="xterm -e gdb --args" output="screen" />
launch>
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这个启 动前缀会创建一个调用 gdb 节点的新 xterm 终端。根据需要设置断点，按 C 键或 R 键启动节点并调试.

3. 在 ROS 节点启动时调用 valgrind 分析节点

<launch>
    <node name="example1_a" pkg="demo01_pub_cli" type="example1_a" 
        launch-prefix="valgrind" output="screen" />
launch>
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4. 设置 ROS 节点 core 文件转储

5. 日志消息

ROS 有不同层级的调试消息输出，每条消息都有自己的名称，并根据相应条件输出消息，甚至可调。

1). 输出日志消息

所有输出的消息都附带其级别和当前时间戳，这两个值放在实际消息之前的方括号中。时间戳以 公历时间计时，代表自1970年1月1日以来的秒和纳秒计数

[ INFO] [1700317838.847020306]: I heard: [I am the example_a_node]
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2). 设置调试消息级别

ROS 有5个日志记录标准级别，按照顺序排列分别是:

1. DEBUG（调试）in green
2. INFO（信息）in white
3. WARN（警告）in yellow
4. ERROR（错误）in red
5. FATAL（致命）in purple

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二、检测系统状态

1. rqt_graph

rosrun rqt_graph rqt_graph
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2. 可视化坐标变换

roslaunch turtle_tf turtle_tf_demo.launch
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rosrun rqt_rviz rqt_rviz
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3. 保存与回放数据

ROS 能够存储所有节点通过主题发布的消息。它能够创建一个消息记录包（bag）文件来保存消息，并包含消息的所有字段参数和时间戳。这允许离线回放实验并模拟真实的状态，包括消息的时间延迟。

1). 消息记录包文件

消息记录包文件是一个包含各个主题所发消息的容器，用于记录各个节点间的会话过程。简而言之，它们是系统运行期间消息传送的记录文件，并允许我们回放所有一切，包括时间延迟。消息记录包文件中存储的数据使用二进制格式。这个容器使用的数据结构非常特殊，它能够支持超高速数据流的处理和记录。每个消息与发布它的主题都被记录下来。因此，可以指定某个主题进行记录，或者直接选择全部（-a 参数）。

• 首先运行节点

roslaunch demo01_pub_cli chapter2.launch
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• 记录所有的主题, 数据存储在当前目录下以日期作为文件名的消息记录包文件中

rosbag record -a
>>> [ INFO] [1700320804.461003795]: Subscribing to /rosout_agg
	[ INFO] [1700320804.461925882]: Recording to '2023-11-18-15-20-04.bag'.
	[ INFO] [1700320804.463208223]: Subscribing to /rosout
	[ INFO] [1700320804.464264122]: Subscribing to /message
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• 在 launch 文件中通过添加一个节点可以直接调用 rosbag record

<node pkg="rosbag" type="record" name="bag_record" args="/temp /accel" />
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• 回放消息记录包文件

rosbag play 2023-11-18-15-20-04.bag
>>> Waiting 0.2 seconds after advertising topics... done.

	Hit space to toggle paused, or 's' to step.
	 [RUNNING]  Bag Time: 1700320816.481530   Duration: 12.015316 / 12.015517                
	Done.
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• 查看消息记录包文件的主题和消息

rosbag info 2023-11-18-15-20-04.bag
>>> path:        2023-11-18-15-20-04.bag
	version:     2.0
	duration:    12.0s
	start:       Nov 18 2023 15:20:04.47 (1700320804.47)
	end:         Nov 18 2023 15:20:16.48 (1700320816.48)
	size:        78.2 KB
	messages:    358
	compression: none [1/1 chunks]
	types:       rosgraph_msgs/Log [acffd30cd6b6de30f120938c17c593fb]
	             std_msgs/String   [992ce8a1687cec8c8bd883ec73ca41d1]
	topics:      /message      119 msgs    : std_msgs/String  
	             /rosout       120 msgs    : rosgraph_msgs/Log (2 connections)
	             /rosout_agg   119 msgs    : rosgraph_msgs/Log
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• rqt_bag

rqt_bag
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4. rqt 与 rqt_gui 插件

rosrun rqt_gui rqt_gui
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