【ROS入门教程】---- 07 话题模型下的编程实现

一、发布者和订阅者的编程实现

1. 环境准备

• 转移到工作空间目录下：cd ~/catkin_ws/src
• 创建新的测试功能包：

catkin_create_pkg learning_topic roscpp rospy std_msgs geometry_msgs turtlesim

• 通讯模型图示如下：
  

2. 发布者publisher代码

• 由于此部分主要以代码为主，故在代码中写注释来分析：

/**
 * 该例程讲发布turtle/cmd_vel话题，消息类型geometry_msgs::Twist
 */ 

#include <ros/ros.h>
// 导入ROS系统包含核心公共头文件
#include <geometry_msgs/Twist.h>
// 导入geometry_msgs/Twist消息头文件

int main(int argc, char **argv)
{
    // ROS节点初始化，指定节点名称为velocity_publisher，注意名称要保持唯一性，
    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
    //定义消息队列大小为10，即超过10条消息后，旧消息丢弃
    ros::Publisher turtle_vel_pub = n.advertise<geometry_msgs::Twist>("/turtle1/cmd_vel", 10);

    // 设置循环的频率
    ros::Rate loop_rate(10);
    
    int count = 0;
    while (ros::ok())
    {
   		 /* 
        默认roscpp会植入一个SIGINT处理机制，当按下Ctrl‐C，就会让ros::ok()返回false, 那循环就会结束。 
        ros::ok() 返回false的几种情况： 
        SIGINT收到(Ctrl‐C)信号 
        另一个同名节点启动，会先中止之前的同名节点 
        ros::shutdown()被调用
        所有的ros::NodeHandles被销毁 
        */ 
        
        // 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("Publish turtle velocity command[%0.2f m/s, %0.2f rad/s]", vel_msg.linear.x, vel_msg.angular.z);
    
        // 按照循环频率延时
        loop_rate.sleep();
    }
    return 0;
}

3. 订阅者subsrciber代码

/**
 * 该例程讲发布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)
{
    // ROS节点初始化
    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
    ros::spin();

    return 0;
}

4. 编译并运行

CMakelist文件修改

• 发布者代码编译规则：

在install部分之前添加如下指令：

add_executable(velocity_publisher src/velocity_publisher.cpp)
#设置需要编译的代码和生成的可执行文件
target_link_libraries(velocity_publisher ${catkin_LIBRARIES})
#设置链接库

• 订阅者代码编译规则：

在install部分之前添加如下指令：

add_executable(pose_subscriber src/pose_subscriber.cpp)
#设置需要编译的代码和生成的可执行文件
target_link_libraries(pose_subscriber ${catkin_LIBRARIES})
#设置链接库

编译并运行

• 在工作空间目录下编译：
  cd ~/catkin_ws
catkin_make
• ROS命令：
  roscore
rosrun turtlesim turtlesim_node
rosrun learning_topic velocity_publisher
rosrun learning_topic pose_subscriber

二、自定义消息

1. 自定义话题消息

• 创建msg文件夹：

• 内部创建Person.msg文件：

string name
uint8 sex
uint8 age

uint8 unknown = 0
uint8 male    = 1
uint8 female  = 2

2. 添加功能包依赖和编译规则

• 修改XML文件：

添加如下指令

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

• 修改CMakelist文件：

在最初添加：
find_package(...... message_generation)
在Declare ROS之前添加：

add_message_files(FILES Person.msg) 
generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs)

在build之前添加
catkin_package(...... message_runtime)

• 编译：在编译后可以在devel下的include中找到learning_topic的person头文件

3. 创建编译代码

发布者

• 头文件：

#include <learning_topic/Person.h>

• 发布话题：

ros::Publisher person_info_pub = n.advertise<learning_topic::Person>("/person_info", 10);

• 循环内消息传递：

// 初始化learning_topic::Person类型的消息
learning_topic::Person person_msg;
person_msg.name = "Tom";
person_msg.age = 18;
person_msg.sex = learning_topic::Person::male;

// 发布消息
person_info_pub.publish(person_msg);

ROS_INFO("Publish Person Info: name:%s age:%d sex:%d",
            person_msg.name.c_str(), person_msg.age, person_msg.sex);

订阅者

• 头文件：

#include <learning_topic/Person.h>

• 消息回调打印：

// 将接收到的消息打印出来
ROS_INFO("Subscribe Person Info: name:%s age:%d sex:%d",
        msg->name.c_str(), msg->age, msg->sex);

• 订阅话题：

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

4. 编译并运行

• 修改CMake文件

在install之前添加：

add_executable(person_publisher src/person_publisher.cpp)
target_link_libraries(person_publisher ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(person_publisher ${PROJECT_NAME}_generate_messages_cpp)

add_executable(person_subscriber src/person_subscriber.cpp)
target_link_libraries(person_subscriber ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(person_subscriber ${PROJECT_NAME}_generate_messages_cpp)

• 编译并运行
  cd ~/catkin_ws
catkin_make
roscore
rosrun learning_topic person_subscriber
rosrun learning_topic person_publisher

三、Python编程

• 对于Python编程而言，与C++的区别存在三点

1. 自行建立sripts文件夹，并且需要修改属性，保证py文件可以作为程序执行文件
   
2. 代码风格不同，具体代码由于篇幅原因不进行展示
3. CMake文件修改方法不同，Python的修改方法如下：
   在指定位置找到并修改成如下：

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

• 在实际的编译过程中我们能够发现，Python的开发相比C++简单很多，无需添加一大堆依赖项和链接，更加简洁

总结

本文借鉴了古月居的ROS入门21讲的部分内容，主要目的在于从编程代码出发深入认识ROS的话题通讯机制，并掌握基本的ROS编程技巧，下一篇博客将会对服务器/客户端通讯进行研究，敬请期待。