ROS程序包编写

ROS程序包编写

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此处我们以一个实例阐述ROS程序包的编写

目标

• 创建一个消息发布器，向话题“Brake”发布“control_node_msgs/BrakeCmd”类型的自定义消息，自定义消息格式为：

  Header header
  float32 brake_cmd
  

• 创建一个消息订阅器，订阅话题“Brake”的消息，并输出到屏幕。

• 消息发布器和消息订阅器均使用C++实现，并使用roslaunch启动

演示环境：

• Ubuntu 16.04.6 LTS (Xenial) amd64
• ROS Kinetic
• catkin

操作步骤

1.创建程序包

• 在当前用户的HOME目录下创建catkin工作目录

  $ mkdir ~/catkin_ws
  

• 进入catkin工作目录，创建并进入src源码文件夹

  $ cd ~/catkin_ws
  $ mkdir src
  $ cd src
  

• 现在使用catkin_create_pkg命令来创建一个名为’control_node_msgs’的新程序包(根据我们的目标进行命名)，这个程序包依赖于std_msgs、roscpp和rospy：

  $ catkin_create_pkg control_node_msgs std_msgs rospy roscpp
  

  这将会在 ~/catkin_ws/src 目录下创建一个名为control_node_msgs的文件夹，这个文件夹里面包含一个package.xml文件和一个CMakeLists.txt文件，这两个文件都已经自动包含了部分你在执行catkin_create_pkg命令时提供的信息。

2.创建自定义消息

• 创建并进入msg文件夹

  $ mkdir ~/catkin_ws/src/control_node_msgs/msg
  $ cd ~/catkin_ws/src/control_node_msgs/msg
  

• 创建.msg的自定义消息文件

  $ touch BrakeCmd.msg
  

• 在BrakeCmd.msg文件中根据目标写入如下信息

  Header header
  float32 brake_cmd
  

  • ① Header类型详细参考
    std_msgs/Header Message
    此处简略说明，即Header包含3个成员

    • uint32 seq
    • time stamp
    • string frame_id

  其中stamp包含stamp.sec和stamp.nsec，这二者均为integer，前者为秒，后者为毫秒

  • ② float32类型即为浮点型

• 查看package.xml, 确保它包含下面两条语句，如果不存在，请自行添加

  message_generation
  message_runtime

• 修改CMakeLists.txt文件

  • 打开CMakeLists.txt，找到find_package代码块，最初应该显示如下

    find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
      roscpp
      rospy
      std_msgs
    )
    

  • 在加上一项message_generation，即将其变为

    find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
      roscpp
      rospy
      std_msgs
      message_generation
    )
    

  • 找到catkin_package代码块，开始时应该显示如下

    catkin_package(
    #  INCLUDE_DIRS include
    #  LIBRARIES control_node_msgs
    #  CATKIN_DEPENDS message_generation message_runtime roscpp rospy
    #  DEPENDS system_lib
    )
    

  • 加上CATKIN_DEPENDS message_runtime,使其变为如下

    catkin_package(
    #  INCLUDE_DIRS include
    #  LIBRARIES control_node_msgs
    #  CATKIN_DEPENDS message_generation message_runtime roscpp rospy
    #  DEPENDS system_lib
      CATKIN_DEPENDS message_runtime
    )
    

  • 找到如下代码块

    # add_message_files(
    #   FILES
    #   Message1.msg
    #   Message2.msg
    # )
    

  • 将其改为如下代码，其中*.msg替换为刚才创建的BrakeCmd.msg文件

     add_message_files(
       FILES
       BrakeCmd.msg
     )
    

  • 再找到如下代码块

    # generate_messages(
    #   DEPENDENCIES
    # #  std_msgs  # Or other packages containing msgs
    # )
    

  • 去掉注释，修改为如下

     generate_messages(
       DEPENDENCIES
       std_msgs  # Or other packages containing msgs
     )
    

• 此时就可以编译一下，查看自定义消息是否成功，编译及检查自定义消息步骤如下

  • 回到catkin的工作目录

    $ cd ~/catkin_ws
    

  • 编译

    $ catkin_make
    

  • 查看自定义消息，即检查

    $ rosmsg show control_node_msgs/BrakeCmd
    

  • 如果一切顺利，应该会显示如下信息

    std_msgs/Header header
      uint32 seq
      time stamp
      string frame_id
    float32 brake_cmd
    

  • 如果提示找不到这个消息类型，则需要执行如下操作

    $ source ～/catkin_ws/devel/setup.bash
    

  • 上述操作适用于临时使用，想一劳永逸的话，请使用如下操作

    $ echo "source ~/catkin_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc
    $ source ~/.bashrc
    

  • 此时再用上面提到的命令就能查看到自定义消息类型了

3.创建消息发布器和消息订阅器

• 进入程序包目录

  $ cd ~/catkin_ws/src/control_node_msgs
  

• 创建并进入src目录

  $ mkdir src
  $ cd src
  

• 分别创建talker.cpp和listener.cpp文件，对应消息发布器和消息订阅器

  $ touch talker.cpp
  $ touch listener.cpp
  

• 下面给出talker.cpp和listener.cpp文件的源代码，代码说明请参考 编写简单的消息发布器和订阅器 (C++)

  • talker.cpp

    #include "ros/ros.h"
    #include "std_msgs/String.h"
    #include "control_node_msgs/BrakeCmd.h"
    #include 
    #include 
    int main(int argc, char **argv)
    {
        ros::init(argc, argv, "talker");
        ros::NodeHandle n;
        ros::Publisher chatter_pub = n.advertise("Brake", 1000);
        ros::Rate loop_rate(10);
        int count = 0;
        float brake_cmd = 6.66;
    
        while (ros::ok())
        {
            control_node_msgs::BrakeCmd msg;
            msg.header.seq = count;
            msg.header.stamp = ros::Time::now();
            msg.header.frame_id = "BrakeCmd";
            msg.brake_cmd = brake_cmd;
            ROS_INFO("talker/\n");
            ROS_INFO("  Header/\n");
            ROS_INFO("    seq [%d]\n", msg.header.seq);
            ROS_INFO("    stamp [%d]\n", msg.header.stamp.sec);
            ROS_INFO("    frame_id [%s]\n", msg.header.frame_id.c_str());
            ROS_INFO("  brake_cmd [%f]\n", msg.brake_cmd );
            chatter_pub.publish(msg);
            ros::spinOnce();
            loop_rate.sleep();
            ++count;
        }
        return 0;
    }
    
    

  • listener.cpp

    #include "ros/ros.h"
    #include "std_msgs/String.h"
    #include "std_msgs/String.h"
    #include "control_node_msgs/BrakeCmd.h"
    
    void chatterCallback(const control_node_msgs::BrakeCmd& msg)
    {
        ROS_INFO("listener/\n");
        ROS_INFO("  Header/\n");
        ROS_INFO("    seq [%d]\n", msg.header.seq);
        ROS_INFO("    stamp [%d]\n", msg.header.stamp.sec);
        ROS_INFO("    frame_id [%s]\n", msg.header.frame_id.c_str() );
        ROS_INFO("  brake_cmd [%f]\n", msg.brake_cmd );
    }
    int main(int argc, char **argv)
    {
        ros::init(argc, argv, "listener");
        ros::NodeHandle n;
        ros::Subscriber sub = n.subscribe("Brake", 1000, chatterCallback);
        ros::spin();
    
        return 0;
    }
    
    

• 编译前需修改CMakeLists.txt文件，在其最后加上如下代码 ，不同的程序包记得修改后6行

  include_directories(include ${catkin_INCLUDE_DIRS})
  
  add_executable(talker src/talker.cpp)
  target_link_libraries(talker ${catkin_LIBRARIES})
  add_dependencies(talker control_node_msgs_generate_messages_cpp)
  
  add_executable(listener src/listener.cpp)
  target_link_libraries(listener ${catkin_LIBRARIES})
  add_dependencies(listener control_node_msgs_generate_messages_cpp)
  

• 保存CMakeLists.txt文件，即可开始编译

  $ cd ~/catkin_ws
  $ catkin_make
  

• 如果一切顺利，将会得到如下显示

  Base path: /home/muyangren907/catkin_ws
  Source space: /home/muyangren907/catkin_ws/src
  Build space: /home/muyangren907/catkin_ws/build
  Devel space: /home/muyangren907/catkin_ws/devel
  Install space: /home/muyangren907/catkin_ws/install
  ####
  #### Running command: "make cmake_check_build_system" in "/home/muyangren907/catkin_ws/build"
  ####
  ####
  #### Running command: "make -j8 -l8" in "/home/muyangren907/catkin_ws/build"
  ####
  [  0%] Built target std_msgs_generate_messages_py
  [  0%] Built target std_msgs_generate_messages_eus
  [  0%] Built target std_msgs_generate_messages_nodejs
  [  0%] Built target std_msgs_generate_messages_lisp
  [  0%] Built target std_msgs_generate_messages_cpp
  [  0%] Built target _control_node_msgs_generate_messages_check_deps_BrakeCmd
  [  9%] Built target control_node_msgs_generate_messages_lisp
  [ 18%] Built target control_node_msgs_generate_messages_nodejs
  [ 27%] Built target control_node_msgs_generate_messages_cpp
  [ 45%] Built target control_node_msgs_generate_messages_py
  [ 63%] Built target control_node_msgs_generate_messages_eus
  Scanning dependencies of target listener
  Scanning dependencies of target talker
  [ 63%] Built target control_node_msgs_generate_messages
  [ 72%] Building CXX object control_node_msgs/CMakeFiles/listener.dir/src/listener.cpp.o
  [ 81%] Building CXX object control_node_msgs/CMakeFiles/talker.dir/src/talker.cpp.o
  [100%] Linking CXX executable /home/muyangren907/catkin_ws/devel/lib/control_node_msgs/talker
  [100%] Linking CXX executable /home/muyangren907/catkin_ws/devel/lib/control_node_msgs/listener
  [100%] Built target talker
  [100%] Built target listener
  

4.使用roslaunch启动多个节点

• 进入程序包目录

  $ cd ~/catkin_ws/src/control_node_msgs
  

• 创建并进入launch目录

  $ mkdir launch
  $ cd launch
  

• 创建BrakeCmd.launch文件

  $ touch BrakeCmd.launch
  

• 在BrakeCmd.launch文件中填入如下内容

  其中根元素采用 标签定义，节点采用标签定义，启动一个节点需要三个属性：pkg、type和name。其中pkg定义节点所在的功能包名称，type定义节点的可执行文件名称，这两个属性等同于在终端中使用rosrun命令执行节点时的输入参数。name属性用来定义节点运行的名称，将覆盖节点中init()赋予节点的名称。其余可选属性如下

  • output = “screen”：将节点的标准输出打印到终端屏幕，默认输出为日志文档；
  • respawn = “true”：复位属性，该节点停止时，会自动重启，默认为false；
  • required = “true”：必要节点，当该节点终止时，launch文件中的其他节点也被终止；
  • ns = “namespace”：命名空间，为节点内的相对名称添加命名空间前缀；
  • args = “arguments”：节点需要的输入参数。

• 最后，一切顺利的话就能运行了

  $ roslaunch control_node_msgs BrakeCmd.launch
  

• 结果如下图