ROS理论与实践 - 3 - ROS通信编程

ROS项目开发流程

创建工作空间 -> 创建功能包 -> 创建源代码(python/c++) -> 配置编译规则 -> 编译运行

工作空间 (workspace)

src : 代码空间(Source Space)
build : 编译空间(Build Space) [中间文件]
devel : 开发空间(Development Space) [最终编译生成的可执行文件, 环境变量]
install : 安装空间(Install Space)


检测环境变量

laniakea@laniakea-virtual-machine >>> echo $ROS_PACKAGE_PATH
/home/laniakea/learn_GY0/catkin_ws/src:/opt/ros/melodic/share

观察 catkin_wsdevel中的lib 文件夹
放置编译后的可执行文件
.sh.bash 为环境变量的设置脚本

src 下放置功能包

功能包创建

catkin_create_pkg <package_name> [depend1] [depend2] [depend3]

depend-n : 功能包依赖的选项

std_msgs : ROS 中标准定义的消息接口
std_srvs : ROS 中标准定义的服务接口

ROS理论与实践 - 3 - ROS通信编程
当看到一个文件夹下有 CMakeLists.txtpackage.xml 时, 则说明其必是一个功能包

  <build_depend>message_generation</build_depend> <!-- 编译依赖 -->
  <exec_depend>message_runtime</exec_depend> <!-- 运行依赖 -->

ROS Topic通信编程

ROS理论与实践 - 3 - ROS通信编程

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。

string_publisher.cpp

/**
 * 该例程将发布chatter话题,消息类型String
 */

#include <sstream>
#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"

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

    // 创建节点句柄
    ros::NodeHandle n;

    // 创建一个Publisher,发布名为chatter的topic,消息类型为std_msgs::String
    // "chatter" 话题名
    // 缓冲区大小
    // 通过句柄创建 Publisher
    ros::Publisher chatter_pub = n.advertise<std_msgs::String>("chatter", 1000);

    // 设置循环的频率
    // 10Hz 一秒发10次
    ros::Rate loop_rate(10);

    int count = 0;
    while (ros::ok())
    {
        // 初始化std_msgs::String类型的消息
        std_msgs::String msg;
        std::stringstream ss;
        ss << "hello world " << count;
        msg.data = ss.str();

        // 发布消息
        ROS_INFO("%s", msg.data.c_str());
        chatter_pub.publish(msg);

        // 按照循环频率延时
        loop_rate.sleep(); // 100ms
        // 如果上面的的程序执行了10ms 则其仅休眠90ms
        ++count;
    }
    return 0;
}


订阅者

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

string_subscriber.cpp

/**
 * 该例程将订阅chatter话题,消息类型String
 */

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

// 接收到订阅的消息后,会进入消息回调函数 -> 进行数据处理
// const 常指针 
// std_msgs::String 消息类型

void chatterCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg)
{
    // 将接收到的消息打印出来
    ROS_INFO("I heard: [%s]", msg->data.c_str());
}

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

    // 创建节点句柄
    ros::NodeHandle n;

    // 创建一个Subscriber,订阅名为chatter的topic,注册回调函数chatterCallback
    // Subscriber的缓冲区, 和 Publisher的不一定要一样
    // 因为不知道 Publisher 的发送频率, 要去一直查询, 所以需要 回调函数
    ros::Subscriber sub = n.subscribe("chatter", 1000, chatterCallback);

    // 循环等待回调函数
    ros::spin();
    return 0;
}


配置CMakeLists.txt

  • 设置需要编译的代码和生成的可执行文件;
  • 设置链接库;

add_executable(string_publisher src/string_publisher.cpp)
add_executable(string_subscriber src/string_subscriber.cpp)

target_link_libraries(string_publisher ${catkin_LIBRARIES})
target_link_libraries(string_subscriber ${catkin_LIBRARIES})

自定义消息接口

tree                 
.
├── CMakeLists.txt
├── include
│   └── learning_communication
├── msg # 存放消息定义文件
│   └── PersonMsg.msg
├── package.xml
└── src
    ├── string_publisher.cpp
    └── string_subscriber.cpp

4 directories, 5 files

PersonMsg.msg

string name
uint8 age
uint8 sex

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

package.xml中添加

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

CMakeLists.txt 中添加

...
# 查找依赖的包
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS  
  roscpp
  rospy
  std_msgs
  std_srvs
  message_ generation # 动态产生消息功能包
)
...
# 动态产生头文件
add_message_files(FILES PersonMsg.msg)
generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs)
...
catkin_package(
#  INCLUDE_DIRS include
#  LIBRARIES learning_communication
   CATKIN_DEPENDS roscpp rospy std_msgs std_srvs message_runtime
#  DEPENDS system_lib
)

会在devel中生成 PersonMsg.h 头文件
ROS理论与实践 - 3 - ROS通信编程


person_publisher.cpp

/**
 * 该例程将订阅/person_info话题,自定义消息类型learning_communication::PersonMsg
 */

#include <ros/ros.h>
#include "learning_communication/PersonMsg.h"

// 接收到订阅的消息后,会进入消息回调函数
void personInfoCallback(const learning_communication::PersonMsg::ConstPtr& msg)
{
    // 将接收到的消息打印出来
    ROS_INFO("Subcribe Person Info: name:%s  age:%d  sex:%d", 
			 msg->name.c_str(), msg->age, msg->sex);
}

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

    // 创建节点句柄
    ros::NodeHandle n;

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

    // 循环等待回调函数
    ros::spin();

    return 0;
}

person_subscriber.cpp

/**
 * 该例程将订阅/person_info话题,自定义消息类型learning_communication::PersonMsg
 */

#include <ros/ros.h>
#include "learning_communication/PersonMsg.h"

// 接收到订阅的消息后,会进入消息回调函数
void personInfoCallback(const learning_communication::PersonMsg::ConstPtr& msg)
{
    // 将接收到的消息打印出来
    ROS_INFO("Subcribe Person Info: name:%s  age:%d  sex:%d", 
			 msg->name.c_str(), msg->age, msg->sex);
}


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

    // 创建节点句柄
    ros::NodeHandle n;

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

    // 循环等待回调函数
    ros::spin();

    return 0;
}

CMakeLists.txt 中添加

...
add_executable(person_publisher src/person_publisher.cpp)
add_executable(person_subscriber src/person_subscriber.cpp)
...
# 动态产生头文件的路径
add_dependencies(person_publisher ${PROJECT_NAME}_gencpp)
add_dependencies(person_subscriber ${PROJECT_NAME}_gencpp)
...
target_link_libraries(person_publisher ${catkin_LIBRARIES})
target_link_libraries(person_subscriber ${catkin_LIBRARIES})

ROS Service通信编程

ROS理论与实践 - 3 - ROS通信编程

$rossrv show std_srvs/SetBool   
bool data # request 发送
--- # 区分 request 和 response 的内容
# response 反馈
bool success
string message

实现服务器

  • 初始化ROS节点;
  • 创建Server实例;
  • 循环等待服务请求,进入回调函数;
  • 在回调函数中完成服务功能的处理,并反馈应答数据。

string_client.cpp

/**
 * 该例程将请求print_string服务,std_srvs::SetBool
 */

#include "ros/ros.h"
#include "std_srvs/SetBool.h" // ROS中标准服务接口定义

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

    // 创建节点句柄
    ros::NodeHandle n;

    // 创建一个client,service消息类型是std_srvs::SetBool
    ros::ServiceClient client = n.serviceClient<std_srvs::SetBool>("print_string");

    // 创建std_srvs::SetBool类型的service消息
    // 封装客户端的service消息
    std_srvs::SetBool srv;
    srv.request.data = true;

    // 发布service请求,等待应答结果
    // client.call(srv) 阻塞函数, 一直阻塞直到 service 反馈 response
    if (client.call(srv))
    {
        ROS_INFO("Response : [%s] %s", srv.response.success?"True":"False", 
									   srv.response.message.c_str());
    }
    else
    {
        ROS_ERROR("Failed to call service print_string");
        return 1;
    }
    return 0;
}

实现客户端

  • 初始化ROS节点;
  • 创建一个Client实例;
  • 发布服务请求数据;
  • 等待Server处理之后的应答结果。

string_server.cpp

/**
 * 该例程将提供print_string服务,std_srvs::SetBool
 */

#include "ros/ros.h"
#include "std_srvs/SetBool.h"

// service回调函数,输入参数req,输出参数res
bool print(std_srvs::SetBool::Request  &req,
         std_srvs::SetBool::Response &res)
{
    // 打印字符串
    if(req.data)
	{
		ROS_INFO("Hello ROS!");
		res.success = true;
		res.message = "Print Successully";
	}
	else
	{
		res.success = false;
		res.message = "Print Failed";
	}

    return true;
}


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

    // 创建节点句柄
    ros::NodeHandle n;response 

    // 创建一个 名为print_string的server,注册回调函数print()
    // 一旦有服务进入 (有节点发送服务请求),则进入 print 回调函数中
    ros::ServiceServer service = n.advertiseService("print_string", print);

    // 循环等待回调函数
    ROS_INFO("Ready to print hello string.");
    ros::spin();

    return 0;
}

CMakeLists.txt 中添加

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

自定义服务

learning_communication文件夹下创建srv文件夹
自定义文件PersonSrv.srv

string name
uint8  age
uint8  sex

uint8 unknown = 0
uint8 male    = 1
uint8 female  = 2
---
string result

person_client1

/**
 * 该例程将请求/show_person服务,服务数据类型learning_communication::PersonSrv
 */

#include <ros/ros.h>
#include "learning_communication/PersonSrv.h"

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

    // 创建节点句柄
	ros::NodeHandle node;

    // 发现/spawn服务后,创建一个服务客户端,连接名为/spawn的service
	ros::service::waitForService("/show_person");
	ros::ServiceClient person_client = node.serviceClient<learning_communication::PersonSrv>("/show_person");

    // 初始化learning_communication::Person的请求数据
	learning_communication::PersonSrv srv;
	srv.request.name = "Tom";
	srv.request.age  = 20;
	// srv 文件中 ---以上会生成request命名空间, 以下会生成response命名空间
	srv.request.sex  = learning_communication::PersonSrv::Request::male;

    // 请求服务调用
	ROS_INFO("Call service to show person[name:%s, age:%d, sex:%d]", 
			 srv.request.name.c_str(), srv.request.age, srv.request.sex);

	// call(srv) 发送服务请求
	// 等待服务端 response 的结果
	person_client.call(srv);

	// 显示服务调用结果
	ROS_INFO("Show person result : %s", srv.response.result.c_str());

	return 0;
};

person_server1

/**
 * 该例程将执行/show_person服务,服务数据类型learning_communication::PersonSrv
 */

#include <ros/ros.h>
#include "learning_communication/PersonSrv.h"

// service回调函数,输入参数req,输出参数res
bool personCallback(learning_communication::PersonSrv::Request  &req,
         			learning_communication::PersonSrv::Response &res)
{
    // 显示请求数据
    ROS_INFO("Person: name:%s  age:%d  sex:%d", req.name.c_str(), req.age, req.sex);

	// 设置反馈数据
	res.result = "OK";

    return true;
}

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

    // 创建节点句柄
    ros::NodeHandle n;

    // 创建一个名为/show_person的server,注册回调函数personCallback
    ros::ServiceServer person_service = n.advertiseService("/show_person", personCallback);

    // 循环等待回调函数
    ROS_INFO("Ready to show person informtion.");
    ros::spin();

    return 0;
}

add_service_files(
  FILES
  PersonSrv.srv
)
...
add_dependencies(person_client1 ${PROJECT_NAME}_gencpp)
add_dependencies(person_server1 ${PROJECT_NAME}_gencpp)
...
target_link_libraries(person_client1 ${catkin_LIBRARIES})
target_link_libraries(person_server1 ${catkin_LIBRARIES})
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