ROS学习笔记(一)------话题编程(一)

目录

一、基础知识

二、工作空间与功能包

三、发布者的编程实现

四、订阅者的编程实现

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一、基础知识

• 话题(topic) ----异步通信编程
  • 节点间用来传输数据的重要总线；
  • 使用 发布/订阅 模型，数据由发布者传输到订阅者，同一个话题的订阅者或发布者可以 不唯一 。
• 消息(Message)----话题数据
  • 具有一定的类型和数据结构，包括ROS提供的标准类型和用户自定义类型；
  • 使用编程语言无关的.msg文件定义，编译过程中生成对应的代码文件。
• 服务(Service)----同步通信机制
  • 使用客户端/服务器(C/S)模型，客户端发送请求数据，服务器完成处理后返回应答数据；
  • 使用编程语言无关的.srv文件定义请求和应答数据结构，编译过程中生成对应的代码文件。
• 参数(Parameter)----全局共享字典
• 功能包(Package)
  • ROS软件中的基本单元，包含节点源码、配置文件、数据定义等。
• 功能包清单(Package manifest)
  • 记录功能包的基本信息，包含作者信息、许可信息、依赖选项、编译标志等。
• 元功能包(Meta Packages)
  • 组织多个用于同一目的的功能包

• ROS常用命令(使用tab进行命令补全)
  • roscore------启动ROSMaster
  • rosrun------运行功能包中某个节点

    • //       功能包名  功能包中的某一个节点  
      $rosrun turtlesim turtlesim_node
             

  • rostopic

    •  //         1秒钟10次(频率)    话题名     消息数据类型
      $rostopic pub -r 10 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist "消息结构具体数据" 
                  
      ros里速度单位为m/s,角速度单位rad/s

    • 
  • rosservice

    • //终端可以作为客户端去请求某个服务
      $rosservice list
      
      //发布服务请求
      $rosservice call/spawn "服务内容"

  • rosnode

    • $rosnode list //查看所有话题节点，注：/rosout这个ros默认的话题
      $rosnode info /turtlesim //查看某个节点的具体信息，如发布的哪些话题，订阅了哪些话题。

  • rosparam
  • rosmsg
  • rossrv
  • rqt_graph------可视化工具查看系统中运行的计算图
  • rosbag

    • //话题记录
      $rosbag record -a -O cmd_record
      
      //话题复现
      $rosbag play cmd_record.bag

二、工作空间与功能包

工作空间：

• src:代码空间
• build:编译空间
• devel:开发空间
• install:安装空间

1.创建工作空间

$mkdir -p ~/catkin_ws/src
$cd ~/catkin/src
$catkin_init_workspace

2.编译工作空间

$cd ~/catkin_ws/
$catkin_make

//在生成install安装空间
$catkin_make install

3.设置环境变量

$source devel/setup.bash

4.检查环境变量

$echo $ROS_PACKAGE_PATH

功能包：

注意：功能包是放置源码的最小单元，不能直接将源码放置src中。

1.创建功能包

$cd ~/catkin_ws/src
$catkin_create_pkg test_pkg std_msgs rospy roscpp

2.编译功能包

$cd ~/catkin_ws
$catkin_make
$source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

三、发布者的编程实现

 1、创建功能包

$cd ~/catkin_ws/src
$catkin_create_pkg learning_topic rosscpp rospy std_msgs geometry_msgs turtlesim

2、创建发布者

• 初始化ROS节点
• 向ROS Master注册节点信息，包括发布的话题名和话题中的消息类型
• 创建消息数据
• 按照一定频率循环发布消息

将编写好的发布者的源码放置在~/catkin_ws/src/learning_topic/src

 velocity_publisher.cpp

#include <ros/ros.h>
#include <geometry_msgs/Twist.h>

int main(int argc, char **argv)
{
	// ROS节点初始化
	ros::init(argc, argv, "velocity_publisher");

	// 创建节点句柄
	ros::NodeHandle n;

	// 创建一个Publisher，发布名为/turtle1/cmd_vel的topic，消息类型为geometry_msgs::Twist，队列长度10
	ros::Publisher turtle_vel_pub = n.advertise<geometry_msgs::Twist>("/turtle1/cmd_vel", 10);

	// 设置循环的频率，1秒10次
	ros::Rate loop_rate(10);

	int count = 0;
    //进入节点主循环，节点未发生异常的情况下一直在循环中运行，一旦发生异常，ros::ok()就会返回false;跳出循环。
	while (ros::ok())
	{
	    // 初始化geometry_msgs::Twist类型的消息
		geometry_msgs::Twist vel_msg;
		vel_msg.linear.x = 0.5;
		vel_msg.angular.z = 0.2;

	    // 发布消息
		turtle_vel_pub.publish(vel_msg);
        // ROS_INFO类似于c/c++中的printf函数，用来打印日志信息，发布的数据在本地打印。
		ROS_INFO("Publsh turtle velocity command[%0.2f m/s, %0.2f rad/s]", 
				vel_msg.linear.x, vel_msg.angular.z);
        
        //循环等待回调函数,用来处理节点订阅话题的所有回调函数，目前发布的节点并没订阅任何消息，spinOnce函数不是必须的，但是为了保证功能无误，所有节点最好加上该函数
        ros::spinOnce();

	    // 按照循环频率延时，即延时0.1s
	    loop_rate.sleep();
	}

	return 0;
}

编写编译规则

•  设置需要编译的代码和生成的可执行文件
• 设置链接库

CMakeLists.txt
#########
##build##
#########

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

编译并运行发布者

$cd ~/catkin_ws
$catkin_make
//执行程序前一定要设置环境变量
$source devel/setup.bash
$roscore
$rosrun turtlesim turtlesim_node
$rosrun learning_topic velocity_publisher

四、订阅者的编程实现

 1、实现订阅者

• 初始化ROS节点
• 订阅需要的话题
• 循环等待话题消息，接受到消息后进入回调函数
• 在回调函数中完成消息处理

pose_subscriber.cpp

/**
 * 该例程将订阅/turtle1/pose话题，消息类型turtlesim::Pose
 */
 
#include <ros/ros.h>
#include "turtlesim/Pose.h"

// 接收到订阅的消息后，会进入消息回调函数
void poseCallback(const turtlesim::Pose::ConstPtr& msg)
{
    // 将接收到的消息打印出来
    ROS_INFO("Turtle pose: x:%0.6f, y:%0.6f", msg->x, msg->y);
}

int main(int argc, char **argv)
{
    // 初始化ROS节点
    ros::init(argc, argv, "pose_subscriber");

    // 创建节点句柄
    ros::NodeHandle n;

    // 创建一个Subscriber，订阅名为/turtle1/pose的topic，注册回调函数poseCallback
    ros::Subscriber pose_sub = n.subscribe("/turtle1/pose", 10, poseCallback);

    // 循环等待回调函数，在ros::ok()返回false时退出
    ros::spin();

    return 0;
}

 编写编译规则

CMakeLists.txt
#########
##build##
#########

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

编译并运行发布者 

$cd ~/catkin_ws
$catkin_make
//执行程序前一定要设置环境变量
$source devel/setup.bash
$roscore
$rosrun turtlesim turtlesim_node
$rosrun learning_topic pose_subscriber

五、编写好的代码如何编译

打开功能包中的CMakeList.txt文件，找到配置项，去掉注释并修改。

主要用到的配置项有：

(1) include_directories

• 用于设置头文件的相对路径。全局路径默认是功能包的所在目录，比如功能包的头文件一般都会放到功能包根目录下的include文件夹中，所以此处需要添加该文件夹。
• 该配置项还包含ROS catkin编译器默认包含的其他头文件路径，比如ROS默认安装路径，Linux系统路径等。

(2) add_executable

• 用于设置需要编译的代码和生成的可执行文件。第一个参数为期望生成的可执行文件的名称，后边的参数为参与编译的源码文件(cpp)

(3) target_link_libraries

• 用于设置链接库。很多功能需要使用系统或者第三方的库函数，通过该选项可以配置执行文件链接的库文件，其第一个参数与add_executable相同，是可执行文件的名称，后面依次列出需要链接的库。

(4)add_dependencies

• 用于设置依赖。在很多应用中，我们需要定义语言无关的消息类型，消息类型会在编译过程产生相应语言的代码。
• 如果编译的可执行文件依赖这些动态生成的代码，则需要使用add_dependencies添加${PROJECT_NAME}_generate_messages_cpp配置，即该功能包动态产生的消息代码。该编译规则也可以添加其他需要依赖的功能包。

编译的内容会帮助系统生成执行文件，放置在工作空间的~/catkin_ws/devel/lib/<package name> 路径下。

六、消息类型

不同消息类型的功能包：std_msgs(标准数据类型)、geometry_msgs(几何学数据类型)、sensor_msgs(传感器数据类型)。