ROS wiki系列|通过ROS wiki-tutorials学习节点

前面几期我们讲的都是一些入门相关的内容——
ROS wiki系列|ROS wiki初探（自用）
ROS wiki系列|Documentation-ROS部分讲解
ROS wiki系列|ROS入门基础概念讲解
今天咱们就来说说怎么用ROS wiki里的教程来学点东西（开始撸袖子）
首先打开我们之前已经讲过的ROS wiki中的教程页面：ROS-tutorials，前面已经讲过了这里面核心ROS教程部分是分为了新手级别和老手级别，鉴于咱们这是个入门的系列教程，接下来还是主要围绕beginner level的这些教程来进行学习（才不是我只会新手的教程呢 哼 好吧……其实是Σ( ° △ °|||)）
今天咱们从最基础的开始，首先学习ROS中Node也就是节点这个概念相关的一些教程。
相关教程：
1.http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials/UnderstandingNodes

2.http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials/WritingPublisherSubscriber%28c%2B%2B%29

1.Understanding ROS Nodes

这个教程主要是介绍了ROS中图的概念，并且讨论了roscore、rosnode和rosrun命令行工具的使用。
这里有一个关于图概念的快速概括

节点：节点是使用ROS与其他节点通信的可执行文件。
消息：订阅或发布话题时使用的ROS数据类型。
话题：节点可以向话题发布消息，也可以订阅话题以接收消息。
Master：为ROS命名的服务(即帮助节点找到彼此)
rosout：相当于stdout/stderr的ROS
roscore：Master + rosout +参数服务器(参数服务器稍后介绍)

节点实际上只不过是ROS包中的可执行文件。ROS节点使用ROS客户端库与其他节点通信。节点可以发布或订阅主题，也可以提供或使用服务。

ROS客户端库允许用不同编程语言编写的节点进行通信:
rospy = python客户端库
roscpp = c++客户端库

roscore

roscore是使用ROS时应该运行的第一个东西
运行roscore之后，正常情况下会在终端看到：

如果roscore没有成功运行，可以检查一下网络配置，如果没有成功运行且提示权限不足，需要给./ros文件夹赋予权限：sudo chown -R <your_username> ~/.ros

rosnode

在运行roscore的情况下，我们可以使用rosnode命令行工具来看看roscore都做了什么，这里我们再打开一个终端
ROS wiki当中也提示我们
注意：打开新终端时，您的环境将被重置，并且您的~ /.bashrc文件是有源的。如果您在运行rosnode等命令时遇到问题，则可能需要将一些环境设置文件添加到~/.bashrc或手动重新获取它们。
rosnode显示有关当前正在运行的 ROS 节点的信息。
运行rosnode list，终端将会显示正在运行的节点，我们可以看到目前只有一个节点在运行，也就是/rosout，这个节点在收集和记录节点的调试输出时始终在运行。
接下来我们可以使用rosnode info查看特定节点的信息，

我们可以通过rosnode info看到节点的相关信息，例如节点发布的话题、订阅的话题、提供的服务等等。

rosrun

rosrun允许使用包名直接在包中运行节点(而不必知道包的路径)。
使用方法：rosrun [package_name] [node_name]
我们可以用rosrun指令来启动小海龟例程，再打开一个新终端，运行rosrun turtlesim turtlesim_node，正常情况下将会弹出一个小海龟的弹窗（这里说明一下：小海龟的样子有好多种，还有三个头的，开海龟节点有点开盲盒那味，不知道大家还有没有开过形状更奇怪的呢？）
开启小海龟节点后，我们再次运行rosnode list，这下我们将会看到两个节点：/rosout和/turtlesim

此外，ROS还有一个强大的特性是可以从命令行重新分配名称。
关闭turtlesim弹窗停止节点（或者返回到终端使用Ctrl+C退出进程），我们来试下重新运行，当然这次不太一样，我们用重映射参数来更改节点名：rosrun [package_name] [node_name] __name:=[new_node_name]
运行rosrun turtlesim turtlesim_node __name:=my_turtle后我们再次使用rosnode list，这个时候我们会看到两个节点：/my_turtle和/rosout，这就意味着我们重命名节点名成功啦！
注意：如果您仍然在列表中看到/turtlesim，这可能意味着您使用Ctrl+C在终端中停止了节点，而不是关闭窗口，或者您没有在网络设置-单机配置中定义的$ROS_HOSTNAME环境变量。您可以尝试使用rosnode cleanup清理rosnode列表。

现在我们再来试下rosnode的另一个命令rosnode ping [node_name]来确认一下节点是不是已经正常启动，运行rosnode ping my_turtle后，我们将在终端看到：

搞定，节点成功启动啦！

这个页面的内容总结一下：
roscore = ros+core: master(为ros提供名称服务)+ rosout (stdout/stderr) +参数服务器
rosnode = ros+node:获取节点信息的ros工具。
rosrun = ros+run:从给定的包中运行一个节点。

so，到这里我想你应该知道节点是啥、节点的作用是啥、怎么用命令行工具roscore、rosnode和rosrun了，懂了就要动手开干，接下来就来讲讲怎么写一个节点（再次撸袖子）

2.Writing a Simple Publisher and Subscriber (C++)

这个部分是讲怎么用C++来写一个节点，当然python也可以，道理差不多所以就挑C++的来讲，很简单的（手动狗头）

Writing the Publisher Node

怎么整一个发布者节点呢，往下看
首先要建立自己的工作空间和功能包，这部分在其他教程里有我就不讲了，百度也有详细教程，然后在功能包下创建一个src目录：mkdir -p src
src目录下将会包含这个功能包中的任何源文件
ROSwiki这里也举了一个编写发布者节点的例子：https://raw.github.com/ros/ros_tutorials/kinetic-devel/roscpp_tutorials/talker/talker.cpp

#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"

#include <sstream>

/**
 * 本教程演示了通过ROS系统发送消息的简单方法。
 */
int main(int argc, char **argv)
{
  /**
   * ros::init()函数需要看到argc和argv，这样它就可以执行命令行提供的任何ros参数和名称重映射。
   * 对于编程式重标记，你可以使用不同版本的init()，它直接接受重标记，
   * 但对于大多数命令行程序，传递argc和argv是最简单的方法。init()的第三个参数是节点的名称。
   *
   *在使用ros系统的任何其他部分之前，必须调用其中一个版本的ros::init()。
   */
  ros::init(argc, argv, "talker");

  /**
   * NodeHandle是与ROS系统通信的主要接入点。
   * 第一个被构造的NodeHandle将完全初始化该节点，
   * 最后一个被破坏的NodeHandle将关闭该节点。
   */
  ros::NodeHandle n;

  /**
   * advertise()函数是告诉ROS您想要发布给定主题名称的方法。
   * 这将调用对ROS主节点的调用，后者将保存谁在发布和谁在订阅的注册表。
   * 在这个advertise()调用完成后，主节点将通知任何试图订阅这个主题名的人，然后他们将与这个节点协商一个点对点连接。
   * advertise()返回一个Publisher对象，该对象允许您通过调用publish()来发布主题上的消息。
   * 一旦返回的Publisher对象的所有副本被销毁，主题将自动取消通告。
   * advertise()的第二个参数是用于发布消息的消息队列的大小。
   * 如果消息发布的速度比发送的速度快，这里的数字指定了在丢弃一些消息之前需要缓冲多少条消息。
   */
  ros::Publisher chatter_pub = n.advertise<std_msgs::String>("chatter", 1000);

  ros::Rate loop_rate(10);

  /**
   * 我们已经发送了多少消息的计数。这用于为每个消息创建一个惟一的字符串。
   */
  int count = 0;
  while (ros::ok())
  {
    /**
     * 这是一个消息对象。用数据填充它，然后发布它。
     */
    std_msgs::String msg;

    std::stringstream ss;
    ss << "hello world " << count;
    msg.data = ss.str();

    ROS_INFO("%s", msg.data.c_str());

    /**
     *publish()函数是发送消息的方式。参数是消息对象。这个对象的类型必须与作为advertise<>()调用的模板形参给出的类型一致，就像在上面的构造函数中所做的那样。
     */
    chatter_pub.publish(msg);

    ros::spinOnce();

    loop_rate.sleep();
    ++count;
  }


  return 0;
}

对代码来做一个分解解析：

#include "ros/ros.h"

ros/ros.h是一个方便的include，它包含了使用ros系统中最常见的公共部分所需的所有头文件。

#include "std_msgs/String.h"

这包括std_msgs/String消息，它驻留在std_msgs包中。这是从该包中的String.msg文件自动生成的头文件。有关消息定义的更多信息，请参见消息页面。

ros::init(argc, argv, "talker");

初始化ROS。这允许ROS通过命令行进行名称重映射——目前并不重要。这也是我们指定节点名称的地方。在运行的系统中，节点名称不能重复。
此处使用的名称必须是基本名称，即里面不能有/。

ros::NodeHandle n;

创建此进程节点的句柄。创建的第一个NodeHandle实际上将执行节点的初始化，而销毁的最后一个NodeHandle将清理该节点正在使用的所有资源。

ros::Publisher chatter_pub = n.advertise<std_msgs::String>("chatter", 1000);

告诉master我们将要发布一个std_msgs/String类型的关于主题“chatter”的消息。这让master告诉任何监听“chatter”的节点，我们将发布关于该主题的数据。第二个参数是发布队列的大小。在这种情况下，如果我们发布得太快，那么在开始丢弃旧消息之前，它将最多缓冲1000条消息。
NodeHandle::advertise()返回一个ros::Publisher对象，它有两个用途:1)它包含一个publish()方法，该方法允许你将消息发布到创建它的主题上;2)当消息超出范围时，它将自动取消发布。

 ros::Rate loop_rate(10);

一个ros::Rate对象允许你指定一个你想要循环的频率。它将跟踪从上次调用Rate::sleep()到现在的时间，以及正确的睡眠时间。
在本例中，我们告诉它我们想以10Hz的频率运行。

int count = 0;
while (ros::ok())
{

默认情况下，roscpp将安装一个SIGINT处理器，它提供Ctrl-C处理，如果发生这种情况，将导致ros::ok()返回false。
ros::ok()将返回false如果:

• 收到一个SIGINT (Ctrl-C)
• 我们已经被另一个同名节点踢出网络
• ros::shutdown()已经被应用程序的另一部分调用
• 所有的ros::NodeHandles已经被销毁

一旦ros::ok()返回false，所有的ros调用都将失败。

std_msgs::String msg;
std::stringstream ss;
ss << "hello world " << count;
msg.data = ss.str();

我们使用消息改编类(通常由msg文件生成)在ROS上广播消息。更复杂的数据类型是可能的，但现在我们将使用标准的String消息，它有一个成员:“data”。

chatter_pub.publish(msg);

现在，我们实际上把消息广播给任何有联系的人。

ROS_INFO("%s", msg.data.c_str());

ROS_INFO和朋友们是我们printf/cout的替代品。有关更多信息，请参阅rosconsole文档。

ros::spinOnce();

在这里调用ros::spinOnce()对于这个简单的程序来说是不必要的，因为我们没有接收到任何回调。但是，如果您要向这个应用程序添加一个订阅，并且这里没有ros::spinOnce()，那么您的回调将永远不会被调用。所以，为了更好的衡量，添加它。

loop_rate.sleep();

现在我们使用ros::rate对象休眠一段时间，以达到10Hz的发布速率。
概括一下就是：

• 初始化ROS系统；
• 通知主服务器我们将发布关于chatter主题的std_msgs/String消息；
• 在向chatter发布消息时，每秒循环10次。

Writing the Subscriber Node

依旧是一个例程：https://raw.github.com/ros/ros_tutorials/kinetic-devel/roscpp_tutorials/listener/listener.cpp

#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"

/**
 * 本教程演示了通过ROS系统简单地接收消息。
 */
void chatterCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg)
{
  ROS_INFO("I heard: [%s]", msg->data.c_str());
}

int main(int argc, char **argv)
{

  ros::init(argc, argv, "listener");

  ros::NodeHandle n;

  /**
   * 使用subscribe()调用可以告诉ROS您希望接收关于给定主题的消息。
   * 这将调用对ROS主节点的调用，后者将保存谁在发布和谁在订阅的注册表。
   * 消息被传递给一个回调函数，这里称为chatterCallback。
   * subscribe()返回一个Subscriber对象，您必须持有该对象，直到您想取消订阅为止。
   * 当订阅服务器对象的所有副本超出范围时，将自动从该主题取消订阅此回调。
   *
   * subscribe()函数的第二个参数是消息队列的大小。
   * 如果消息到达的速度比处理的速度快，这就是在开始丢弃最旧的消息之前将被缓冲的消息数。
   */
  ros::Subscriber sub = n.subscribe("chatter", 1000, chatterCallback);

  /**
   * Ros::spin()将进入一个循环，泵送回调函数。
   * 在这个版本中，所有的回调都将在这个线程(主线程)中被调用。
   * ros::spin()将在按Ctrl-C时退出，或者被主节点关闭。
   */
  ros::spin();

  return 0;
}

依旧是代码拆解解析，这里只讲跟前面发布者节点代码中没有重复的部分。

void chatterCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg)
{
  ROS_INFO("I heard: [%s]", msg->data.c_str());
}

这是一个回调函数，当新消息到达“chatter”主题时将调用它。该消息在boost shared_ptr中传递，这意味着如果需要，您可以将其存储起来，而不用担心它在您下面被删除，也不用复制底层数据。

ros::Subscriber sub = n.subscribe("chatter", 1000, chatterCallback);

通过主服务器订阅“chatter”话题。每当有新消息到达时，ROS将调用chatterCallback()函数。第二个参数是队列大小，以防我们无法足够快地处理消息。在本例中，如果队列达到1000条消息，当新消息到达时，我们将开始丢弃旧消息。
NodeHandle::subscribe()返回一个ros::Subscriber对象，您必须一直持有该对象，直到您想要取消订阅。当销毁Subscriber对象时，它将自动取消订阅聊天主题。
有几个版本的NodeHandle::subscribe()函数允许您指定一个类成员函数，甚至任何可以由Boost function对象调用的函数。roscpp overview包含更多信息。

ros::spin();

ros::spin()进入一个循环，尽可能快地调用消息回调。不过不要担心，如果没有什么可以让它做的，它不会占用太多的CPU。一旦ros::ok()返回false, ros::shutdown()将退出，这意味着ros::shutdown()被默认的Ctrl-C处理程序调用，master告诉我们关闭，或者被手动调用。
还有其他的方法来泵送回调，但是我们在这里不考虑这些。roscpp_tutorials包有一些演示应用程序来演示这一点。roscpp overview还包含更多信息。
概括一下就是：

• 初始化ROS系统
• 订阅这个话题
• 循环，等待消息的到来
• 当消息到达时，将调用chatterCallback()函数

Building your nodes

前面使用catkin_create_pkg创建新功能包的时候已经自动创建了一个package.xml和一个CMakelists.txt文件
前面我们创建的两个cpp文件分别为talker.cpp和listener.cpp，现在我们首先要修改CMakelists中的内容，在底部添加：

add_executable(talker src/talker.cpp)
target_link_libraries(talker ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(talker beginner_tutorials_generate_messages_cpp)

add_executable(listener src/listener.cpp)
target_link_libraries(listener ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(listener beginner_tutorials_generate_messages_cpp)

这将创建两个可执行文件，talker和listener，默认情况下，它们将被放到你的devel空间的包目录中，默认位于~/catkin_ws/devel/lib/<包名>。
注意，你必须将可执行目标的依赖项添加到消息生成目标：

add_dependencies(talker beginner_tutorials_generate_messages_cpp)

这确保在使用之前生成了此包的消息头。如果您在catkin工作区中使用来自其他包的消息，您还需要向它们各自的生成目标添加依赖项，因为catkin并行构建所有项目。从Groovy开始，你可以使用以下变量来依赖于所有必要的目标:

target_link_libraries(talker ${catkin_LIBRARIES})

您可以直接调用可执行文件，也可以使用rosrun来调用它们。它们没有被放置在’< prefix >/bin’中，因为那会在系统中安装你的包时污染PATH。如果你希望你的可执行文件在安装时在PATH上，你可以设置一个安装目标，参见:catkin/CMakeLists.txt
现在运行catkin_make:
在你的catkin工作空间下

cd ~ / catkin_ws
catkin_make

ok，到这里我们就完成了了解节点——节点的运行使用——节点的编写这样一个学习过程，下一期我们来讲讲topic话题~