ROS学习笔记(二):ROS通信种类和编程

ROS通信种类：话题(Topic)、服务(Service)、动作(Action)。

三种通信类型自定义消息类型时：
分别需要创建msg、srv、action文件夹并在文件夹下创建相应的 .msg 、.srv、.action文件；
通信程序文件均放在src文件夹下。
编译时添加相应文件及依赖 如：

add_message_files(FILESPerson.msg)
generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs)

具体步骤：

1.话题编程(Topic)

话题编程：

流程：
1.0 自定义话题消息

• 定义msg文件;
  • 在msg文件夹中创建Person.msg文件
  • Person.msg内容：

string name
uint8  sex
uint8  age

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

• package.xml中添加功能包依赖；

  message_generation
  message_runtime 

• 在CMakeList.txt添加编译选项。

find_package(....... message_generation)

catkin_package(CATKIN_DEPENDS geometry_msgs roscpp rospy std_msgs message_runtime)

#下两项区别于服务、动作编程
add_message_files(FILESPerson.msg)
generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs)

1.1 创建发布者(Talker)

程序流程：

• 初始化ROS节点；
• 创建话题。(向ROS_Master注册节点信息)；
• 按照设置好的频率循环发布消息。

/**
 * 该例程将发布chatter话题，消息类型String
 */
#include 
#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, "talker");
// 创建节点句柄，用于管理资源
ros::NodeHandle n;
// 创建一个Publisher，发布（注册）名为chatter的topic，消息类型为std_msgs::String  
ros::Publisher chatter_pub = n.advertise<std_msgs::String>("chatter", 1000);
// 设置循环的频率
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);
// 循环等待回调函数
ros::spinOnce();
// 按照循环频率延时  
loop_rate.sleep();  
++count;
}
return 0;
}

1.2 创建订阅者（Listener）

程序流程：

• 初始化ROS节点；
• 订阅话题；
• 循环等待话题消息>>当收到消息后进入回调函数>>在回调函数中完成消息处理。

/**
 * 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
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, "listener");

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

  // 循环等待回调函数
  ros::spin();

  return 0;
}

1.3 编译
(在CMakeLists.txt添加编译选项）

• 设置需要编译的代码和生成的可执行文件；
• 设置链接库；
• 设置依赖；

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

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

1.4.运行

• 运行发布者

$ rosrun learning_communication talker

• 运行订阅者

$ rosrun learning_communication listener

话题自定义消息类型

2.服务编程(Service)

服务编程
流程：

2.0 自定义服务请求与应答

• 定义srv文件;

  • 在srv文件夹中创建AddTwolnts.srv文件
  • AddTwolnts.srv内容：

    int64 a
    int64 b
    ---
    int64 sum
  

• package.xml中添加功能包依赖；

  message_generation
  message_runtime 

• 在CMakeList.txt添加编译选项。

find_package(....... message_generation)
catkin_package(CATKIN_DEPENDS geometry_msgs roscpp rospy std_msgs message_runtime)
add_service_files(FILES AddTwoInts.srv)

2.1 创建服务器(Server)

程序流程：

• 初始化ROS节点；
• 创建服务器；
• 循环等待服务请求，进入回调函数>>在回调函数内完成服务功能的处理，反馈应答数据。

/**
 * AddTwoInts Server
 */
 
#include "ros/ros.h"
#include "learning_communication/AddTwoInts.h"

// service回调函数，输入参数req，输出参数res
bool add(learning_communication::AddTwoInts::Request  &req,
         learning_communication::AddTwoInts::Response &res)
{
  // 将输入参数中的请求数据相加，结果放到应答变量中
  res.sum = req.a + req.b;
  ROS_INFO("request: x=%ld, y=%ld", (long int)req.a, (long int)req.b);
  ROS_INFO("sending back response: [%ld]", (long int)res.sum);
  
  return true;
}

int main(int argc, char **argv)
{
  // ROS节点初始化
  ros::init(argc, argv, "add_two_ints_server");
  
  // 创建节点句柄
  ros::NodeHandle n;

  // 创建一个名为add_two_ints的server，注册回调函数add()
  ros::ServiceServer service = n.advertiseService("add_two_ints", add);
  
  // 循环等待回调函数
  ROS_INFO("Ready to add two ints.");
  ros::spin();

  return 0;
}

2.2 创建客户端(Client)

程序流程：

• 初始化ROS节点；
• 创建客户端；
• 发布服务请求数据；
• 等待服务器(Server)处理后的应答结果。

/**
 * AddTwoInts Client
 */
 
#include 
#include "ros/ros.h"
#include "learning_communication/AddTwoInts.h"

int main(int argc, char **argv)
{
  // ROS节点初始化
  ros::init(argc, argv, "add_two_ints_client");
  
  // 从终端命令行获取两个加数
  if (argc != 3)
  {
    ROS_INFO("usage: add_two_ints_client X Y");
    return 1;
  }

  // 创建节点句柄
  ros::NodeHandle n;
  
  // 创建一个client，请求add_two_int service，service消息类型是learning_communication::AddTwoInts
  ros::ServiceClient client = n.serviceClient<learning_communication::AddTwoInts>("add_two_ints");
  
  // 创建learning_communication::AddTwoInts类型的service消息
  learning_communication::AddTwoInts srv;
  srv.request.a = atoll(argv[1]);
  srv.request.b = atoll(argv[2]);
  
  // 发布service请求，等待加法运算的应答结果
  if (client.call(srv))
  {
    ROS_INFO("Sum: %ld", (long int)srv.response.sum);
  }
  else
  {
    ROS_ERROR("Failed to call service add_two_ints");
    return 1;
  }

  return 0;
}

2.3 编译

• 设置需要编译的代码和生成的可执行文件；
• 设置链接库；
• 设置依赖；

add_executable(server src/server.cpp)
target_link_libraries(server ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(server ${PROJECT_NAME}_gencpp)

add_executable(client src/client.cpp)
target_link_libraries(client ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(client ${PROJECT_NAME}_gencpp)

2.4.运行

• 运行服务器节点

$ rosrun learning_communication server

• 运行客户端

$ rosrun learning_communication client

3.动作编程(Action)

• Action与Service和Topic区别（相似于服务）：带有连续反馈；可以在任务过程终止运行。
  基本结构：
  
  Action的接口：

• goal : 发布任务目标；

• cancel : 请求取消任务；

• status : 通知客户端当前的状态；

• feedback : 周期反馈任务运行的监控数据；

• result : 向客户端发送任务的执行结果，只发布一次。

流程：

3.0 自定义动作消息

• 定义action文件;
  • 在action文件夹中创建DoDishes.action文件
  • DoDishes.action内容：

# Define the goal
uint32 dishwasher_id  # Specify which dishwasher we want to use
---
# Define the result
uint32 total_dishes_cleaned
---
# Define a feedback message
float32 percent_complete

• package.xml中添加功能包依赖；

  actionlib
   actionlib_msgs 
   actionlib 
   actionlib_msgs

• 在CMakeList.txt添加编译选项。

find_package(catkin REQUIRED actionlib_msgs actionlib)
add_action_files(DIRECTORY action FILES DoDishes.action)
generate_messages(DEPENDENCIES actionlib_msgs)

3.1 创建动作服务器

程序流程：

• 初始化ROS节点；
• 创建动作服务器；
• 启动服务器，循环等待动作请求；
• 进入回调函数>>在回调函数内完成动作服务功能的处理，反馈进度信息。

#include 
#include 
#include "learning_communication/DoDishesAction.h"

typedef actionlib::SimpleActionServer<learning_communication::DoDishesAction> Server;

// 收到action的goal后调用该回调函数
void execute(const learning_communication::DoDishesGoalConstPtr& goal, Server* as)
{
    ros::Rate r(1);
    learning_communication::DoDishesFeedback feedback;

    ROS_INFO("Dishwasher %d is working.", goal->dishwasher_id);

    // 假设洗盘子的进度，并且按照1hz的频率发布进度feedback
    for(int i=1; i<=10; i++)
    {
        feedback.percent_complete = i * 10;
        as->publishFeedback(feedback);
        r.sleep();
    }

    // 当action完成后，向客户端返回结果
    ROS_INFO("Dishwasher %d finish working.", goal->dishwasher_id);
    as->setSucceeded();
}

int main(int argc, char** argv)
{
    ros::init(argc, argv, "do_dishes_server");
    ros::NodeHandle n;

    // 定义一个服务器
    Server server(n, "do_dishes", boost::bind(&execute, _1, &server), false);
    
    // 服务器开始运行
    server.start();

    ros::spin();

    return 0;
}

3.2 创建动作客户端

程序流程：

• 初始化ROS节点；
• 创建客户端；
• 连接动作服务器；
• 发送动作目标；
• 根据不同类型服务端反馈处理回调函数。

#include 
#include "learning_communication/DoDishesAction.h"

typedef actionlib::SimpleActionClient<learning_communication::DoDishesAction> Client;

// 当action完成后会调用该回调函数一次
void doneCb(const actionlib::SimpleClientGoalState& state,
        const learning_communication::DoDishesResultConstPtr& result)
{
    ROS_INFO("Yay! The dishes are now clean");
    ros::shutdown();
}

// 当action激活后会调用该回调函数一次
void activeCb()
{
    ROS_INFO("Goal just went active");
}

// 收到feedback后调用该回调函数
void feedbackCb(const learning_communication::DoDishesFeedbackConstPtr& feedback)
{
    ROS_INFO(" percent_complete : %f ", feedback->percent_complete);
}

int main(int argc, char** argv)
{
    ros::init(argc, argv, "do_dishes_client");

    // 定义一个客户端
    Client client("do_dishes", true);

    // 等待服务器端
    ROS_INFO("Waiting for action server to start.");
    client.waitForServer();
    ROS_INFO("Action server started, sending goal.");

    // 创建一个action的goal
    learning_communication::DoDishesGoal goal;
    goal.dishwasher_id = 1;

    // 发送action的goal给服务器端，并且设置回调函数
    client.sendGoal(goal,  &doneCb, &activeCb, &feedbackCb);

    ros::spin();

    return 0;
}

3.3 编译

• 设置需要编译的代码和生成的可执行文件；
• 设置链接库；
• 设置依赖；

add_executable(DoDishes_client src/DoDishes_client.cpp)
target_link_libraries( DoDishes_client ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(DoDishes_client ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS})

add_executable(DoDishes_server src/DoDishes_server.cpp)
target_link_libraries( DoDishes_server ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(DoDishes_server ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS})

3.4.运行

• 运行服务器节点

$ rosrun learning_communication DoDishes_server

• 运行客户端

$ rosrun learning_communication DoDishes_client