ROS总结——ROS消息发布和订阅

消息发布器和订阅器 (C++)

本博客总结绍如何用 C++ 编写消息发布器节点和订阅器节点。

1.编写发布器节点
节点(Node) 是指 ROS 网络中可执行文件。接下来，将会创建一个发布器节点(“talker”)，它将不断的在 ROS 网络中广播消息。切换到之前创建的 beginner_tutorials package 路径：

$  cd ~/catkin_ws/src/beginner_tutorials

在 beginner_tutorials package 路径下创建一个src文件夹，这个文件夹将会用来放置 beginner_tutorials package 的所有源代码：

mkdir -p ~/catkin_ws/src/beginner_tutorials/src

1.1 src/talker.cpp代码

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

int main(int argc, char **argv){
    ros::init(argc, argv, "talker");
    ros::NodeHandle n;
    ros::Publisher chatter_pub = n.advertise<std_msgs::String>("chatter", 1000);
    ros::Rate loop_rate(10);
    int count = 0;
    while (ros::ok())
    {
        std_msgs::String msg;
        std::stringstream ss;
        ss << "hello world " << count;
        msg.data = ss.str();
        ROS_INFO("%s", msg.data.c_str());
        chatter_pub.publish(msg);
        ros::spinOnce();
        loop_rate.sleep();
        ++count;

    }
    return 0;

}

1.2 代码解释说明

#include "ros/ros.h"

ros/ros.h 是一个实用的头文件，它引用了 ROS 系统中大部分常用的头文件。

#include "std_msgs/String.h"

引用了 std_msgs/String 消息, 它存放在 std_msgs package 里，是由 String.msg 文件自动生成的头文件。

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

初始化 ROS 。它允许 ROS 通过命令行进行名称重映射——然而这并不是现在讨论的重点。在这里，我们也可以指定节点的名称——运行过程中，节点的名称必须唯一。这里的名称必须是一个 base name ，也就是说，名称内不能包含 / 等符号。

ros::NodeHandle n;

为这个进程的节点创建一个句柄。第一个创建的 NodeHandle 会为节点进行初始化，最后一个销毁的 NodeHandle 则会释放该节点所占用的所有资源。

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

告诉 master 将要在 chatter（话题名） 上发布 std_msgs/String 消息类型的消息。这样 master 就会告诉所有订阅了 chatter 话题的节点，将要有数据发布。第二个参数是发布序列的大小。如果发布的消息的频率太高，缓冲区中的消息在大于 1000 个的时候就会开始丢弃先前发布的消息。NodeHandle::advertise() 返回一个 ros::Publisher 对象,它有两个作用： 1) 它有一个 publish() 成员函数可以在topic上发布消息； 2) 如果消息类型不对,它会拒绝发布。

ros::Rate loop_rate(10);

ros::Rate 对象可以允许你指定自循环的频率。它会追踪记录自上一次调用 Rate::sleep() 后时间的流逝，并休眠直到一个频率周期的时间。在这个例子中，让它以 10Hz 的频率运行。

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

roscpp 会默认生成一个 SIGINT 句柄，它负责处理 Ctrl-C 键盘操作——使得 ros::ok() 返回 false。如果下列条件之一发生，ros::ok() 返回false：

• SIGINT 被触发 (Ctrl-C)
• 被另一同名节点踢出 ROS 网络
• ros::shutdown() 被程序的另一部分调用
• 节点中的所有 ros::NodeHandles 都已经被销毁
  一旦 ros::ok() 返回 false, 所有的 ROS 调用都会失效。

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

使用一个由 msg file 文件产生的『消息自适应』类在 ROS 网络中广播消息。现在使用标准的String消息，它只有一个数据成员 “data”。当然，也可以发布更复杂的消息类型。

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

ROS_INFO 和其他类似的函数可以用来代替 printf/cout 等函数。

chatter_pub.publish(msg);

向所有订阅 chatter 话题的节点发送消息。

ros::spinOnce();

在这个例子中并不是一定要调用 ros::spinOnce()，因为不接受回调。然而，如果程序里包含其他回调函数，最好在这里加上 ros::spinOnce()这一语句，否则回调函数就永远也不会被调用了。

loop_rate.sleep();

这条语句是调用 ros::Rate 对象来休眠一段时间以使得发布频率为 10Hz。
对上边消息发布进行一下总结：

• 初始化 ROS 系统
• 在 ROS 网络内广播我们将要在 chatter 话题上发布 std_msgs/String 类型的消息
• 以每秒 10 次的频率在 chatter 上发布消息

2. 编写订阅器节点
在 beginner_tutorials package 目录下创建 src/listener.cpp 文件，并粘贴如下代码。
2.1 src/listener.cpp代码

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

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;
    ros::Subscriber sub = n.subscribe("chatter", 1000, chatterCallback);
    ros::spin();
    return 0;
}

2.2 代码解释说明
之前解释过的代码就不再多说明了。

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，当接收到 chatter 话题的时候就会被调用。消息是以 boost shared_ptr 指针的形式传输，这就意味着你可以存储它而又不需要复制数据。

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

告诉 master 要订阅 chatter 话题上的消息。当有消息发布到这个话题时，ROS 就会调用 chatterCallback() 函数。第二个参数是队列大小，以防处理消息的速度不够快，当缓存达到 1000 条消息后，再有新的消息到来就将开始丢弃先前接收的消息。
NodeHandle::subscribe() 返回 ros::Subscriber 对象,让它处于活动状态直到不再想订阅该消息。当这个对象销毁时，它将自动退订 chatter 话题的消息。
有各种不同的 NodeHandle::subscribe() 函数，可以指定类的成员函数，甚至是 Boost.Function 对象可以调用的任何数据类型。

    ros::spin();

ros::spin() 进入自循环，可以尽可能快的调用消息回调函数。如果没有消息到达，它不会占用很多 CPU，所以不用担心。一旦 ros::ok() 返回 false，ros::spin() 就会立刻跳出自循环。这有可能是 ros::shutdown() 被调用，或者是用户按下了 Ctrl-C，使得 master 告诉节点要终止运行。也有可能是节点被人为关闭的。ros::spin() 进入自循环，可以尽可能快的调用消息回调函数。如果没有消息到达，它不会占用很多 CPU，所以不用担心。一旦 ros::ok() 返回 false，ros::spin() 就会立刻跳出自循环。这有可能是 ros::shutdown() 被调用，或者是用户按下了 Ctrl-C，使得 master 告诉节点要终止运行。也有可能是节点被人为关闭的。
下边，总结订阅消息:

• 初始化ROS系统
• 订阅 chatter 话题
• 进入自循环，等待消息的到达
• 当消息到达，调用 chatterCallback() 函数

3. 编译节点
之前教程中使用 catkin_create_pkg 创建了 package.xml 和 CMakeLists.txt 文件，CMakeLists.txt 内容如下：

cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)
project(beginner_tutorials)
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS roscpp rospy std_msgs genmsg)

add_message_files(DIRECTORY msg FILES Num.msg)
add_service_files(DIRECTORY srv FILES AddTwoInts.srv)

generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs)
## Declare a catkin package
catkin_package()

## Build talker and listener
include_directories(include ${catkin_INCLUDE_DIRS})

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)

include_directories(
  ${catkin_INCLUDE_DIRS}
)

在工作空间之下以下命令：

#  In your catkin workspace
$  catkin_make  

4. 运行测试
确保roscore可用，在一个窗口中并运行：

$  roscore

新开一个窗口运行：

$  rosrun beginner_tutorials talker

[ INFO] [1495039634.704443313]: hello world 0
[ INFO] [1495039634.805231417]: hello world 1
[ INFO] [1495039634.905569506]: hello world 2
[ INFO] [1495039635.004821578]: hello world 3
[ INFO] [1495039635.105197141]: hello world 4
[ INFO] [1495039635.205296358]: hello world 5
[ INFO] [1495039635.304792273]: hello world 6
[ INFO] [1495039635.404978344]: hello world 7
[ INFO] [1495039635.504606982]: hello world 8
[ INFO] [1495039635.605256801]: hello world 9
[ INFO] [1495039635.704843209]: hello world 10
[ INFO] [1495039635.805375149]: hello world 11
[ INFO] [1495039635.904738599]: hello world 12
[ INFO] [1495039636.005312713]: hello world 13
[ INFO] [1495039636.104750013]: hello world 14

新开另一个窗口运行：

$  rosrun beginner_tutorials listener
[ INFO] [1495039700.814505519]: I heard: [hello world 28]
[ INFO] [1495039700.914675743]: I heard: [hello world 29]
[ INFO] [1495039701.014886681]: I heard: [hello world 30]
[ INFO] [1495039701.115726218]: I heard: [hello world 31]
[ INFO] [1495039701.214178230]: I heard: [hello world 32]
[ INFO] [1495039701.315041511]: I heard: [hello world 33]
[ INFO] [1495039701.414082857]: I heard: [hello world 34]
[ INFO] [1495039701.514349885]: I heard: [hello world 35]
[ INFO] [1495039701.615054193]: I heard: [hello world 36]
[ INFO] [1495039701.714480492]: I heard: [hello world 37]
[ INFO] [1495039701.814043800]: I heard: [hello world 38]
[ INFO] [1495039701.914712204]: I heard: [hello world 39]
[ INFO] [1495039702.015251383]: I heard: [hello world 40]
[ INFO] [1495039702.114955129]: I heard: [hello world 41]

已经完了消息的发布器和订阅器，下面将来编写一个服务和客户端 (c++).