一、工作空间（Workspace）

ROS工作空间是用于存放ros功能包的一个文件夹，通常以ws结尾。用于存放工程开发相关的所有文件，包括源代码、编译生成的文件以及配置我呢见等。在ROS中工作空间是使用Catkin编译系统来组织和管理代码的基础单元。每个工作空间通常包含一个或多个功能包，这些功能包包含了实现特定功能的代码和资源。

1.1、创建工作空间

# 选择指定目录
cd ~
# 创建工作空间
mkdir -p ros_ws/src

1.2、编译工作空间

这个ros_ws就是工作空间的根目录，里面包含4个子目录

src：代码空间，用于后续编写代码、脚本等文件

build：编译空间，保存编译过程中产生的中间文件

install：安装空间，放置编译得到的可执行文件和脚本

log：日志空间，编译和运行过程中保存各种警告、错误、信息等日志

1.3、设置环境变量

编译成功后，需要设置环境变量

方法1：仅当前终端有效

source install/setup.bash

方法2：所有终端均有效

echo "source ~/ros_ws/install/setup.bash" >> ~/.bashrc

二、功能包（Package）

功能包是ROS中的一个基础组织单元，包含了一组实现特定功能的源代码文件、脚本、数据文件和其他资源。功能包可以独立存在，也可以依赖于其他功能包。每个功能包都有自己的依赖关系和构建规则，这些信息通常在功能包的package.xml文件中定义。功能包的设计使得代码复用和维护更加方便。

每个机器人可能有很多功能，比如移动控制、视觉感知、自主导航等，功能包的作用就是把不同的功能划分到不同的功能包中，尽量降低各个功能模块之间的耦合关系，当需要以功能包为单位提供时比较方便，所以功能包是ROS提供软件复用率的方法。

1、创建功能包

命令格式如下：

ros2 pkg create <package_name> --build-type <build-type> --dependencies <dependencies> --node-name

命令中：

pkg：表示功能包相关的功能

create：表示创建功能包

package_name:自定义功能包名称

build-type：功能包类似是python还是C++的，如果是C或C++则为ament_cmake；如果是python就是ament_python

dependencies：表示功能包的依赖项，C++需要包含rclcpp；Python需要包含rclpy，如有需要还有其他依赖

node-name：可执行程序的名称，会自动生成对应的源文件并生成配置文件

比如在终端中分别创建C++和Python版本的功能包：

cd ~/ros_ws/src
# 创建C++功能包
ros2 pkg create pkg_helloworld_cpp --build-type ament_cmake --dependencies rclcpp --node-name helloworld
# 创建Python功能包
ros2 pkg create pkg_helloworld_py --build-type ament_python --dependencies rclpy --node-name helloworld

2、编译功能包

创建好功能包后可以继续完成代码编写，之后需要编译和配置环境变量即可运行

cd ~/ros_ws/src
# 编译工作空间所有功能包
colcon build
# 编译指定1个或多个功能包
colcon build --packages-select 功能包名称列表
source install/setup.bash

三、节点（Node）

节点是ROS中运行的最小执行单元，是一个可执行文件，可以执行一些计算任务，处理数据，或者控制硬件设备。节点之间通过话题（Topic）、服务（Service）或动作（Action）等机制进行通信。节点可以发布话题提供其他节点订阅，或者提供服务给其他节点调用。一个完整的机器人系统由许多协同工作的节点组成，ROS2中单个可执行文件可以包含一个或多个节点。

节点创建的流程如下：

1、编程接口初始化

2、创建节点初始化

3、实现节点功能

4、销毁节点并关闭接口

以Python版本helloworld功能包节点为例

1、创建功能包

cd ~/ros_ws/src
ros2 pkg create pkg_helloworld_py --build-type ament-python --dependencies rclpy --node-name helloworld

2、编写代码

创建功能包完成后，会自动创建hello world.py文件用于编写节点代码

编写helloworld.py代码，逻辑为定时1秒打印一次Hello World

import rclpy                             # ROS2 Python接口库
from rclpy.node import Node              # ROS2 节点类
import time

# 定义HelloWorld节点，初始化时定时打印"Hello World"
class HelloWorldNode(Node):
    def __init__(self, name):
        super().__init__(name)                         # ROS2节点父类初始化
        while rclpy.ok():                              # ROS2系统是否正常运行
            self.get_logger().info("Hello World")      # ROS2日志输出
            time.sleep(1)
    

def main(args=None):                                  # ROS2节点主入口函数
    rclpy.init(args=args)                             # ROS2 Python接口初始化
    node = HelloWorldNode("helloworld")               # 初始化ROS2节点对象
    rclpy.spin(node)                                  # 循环等待ROS2退出 
    node.destroy_node()                               # 销毁节点对象
    rclpy.shutdown()                                  # 关闭ROS2 Python接口

其中helloworld是可执行文件名称，pkg_helloworld_py是功能包名称，helloworld:main是python文件名称和入口函数名

3、编译代码

cd ~/ros_ws
colcon build --packages-select pkg_helloworld_py
source install/setup.bash

4、运行节点

ros2 run pkg_helloworld_py helloworld

 运行成功后终端中定时打印“Hello World”字符串