古月居 ROS 入门21讲--PA9-PA12笔记

ROS 入门21讲--PA9-PA12笔记

一、PA9 创建工作空间与功能包

1、工作空间

$\bullet$ 工作空间（workspace）是一个存放工程开发相关文件的文件夹。

$\bullet$ src：代码空间（Source Space）

$\bullet$ build：编译空间（Build Space）

$\bullet$ devel：开发空间（Development Space）

$\bullet$ install：安装空间（Install Space）

2、创建工作空间

$\bullet$ 创建工作空间

mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd ~/catkin_ws/src
catkin_init_workspace

$\bullet$ 编译工作空间

cd ~/catkin_ws/
catkin_make

$\bullet$ 设置环境变量

source devel/setup.bash

$\bullet$ 检查环境变量

echo $ROS_PACKAGE_PATH

3、创建功能包

$\bullet$ 模板

catkin_create_pkg[depend1][depend2][depend3]

$\bullet$ 创建功能包

cd ~/catkin_ws/src
catkin_create_pkg test_pkg std_msgs rospy roscpp

$\bullet$ 编译功能包

cd ~/catkin_ws
catkin_make
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

备注：同一个工作空间下，不允许存在同名功能包。不同工作空间下，允许存在同名功能包。

二、PA10 发布者 Publisher 的编程实现

1、话题模型

2、创建功能包

cd ~/catkin_ws/src
catkin_create_pkg learning_topic roscpp rospy std_msgs geometry_msgs turtlesim

3、创建发布者代码( C++)

$■$ 如何实现一个发布者

​ $\bullet$ 初始化 ORS 节点；

​ $\bullet$ 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；

​ $\bullet$ 创建消息数据；

​ $\bullet$ 按照一定频率循环发布信息。

/**
 * 该例程将发布turtle1/cmd_vel话题，消息类型geometry_msgs::Twist
 */
 
#include 
#include 

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

	// 创建节点句柄
	ros::NodeHandle n;

	// 创建一个Publisher，发布名为/turtle1/cmd_vel的topic，消息类型为geometry_msgs::Twist，队列长度10
	ros::Publisher turtle_vel_pub = n.advertise("/turtle1/cmd_vel", 10);

	// 设置循环的频率
	ros::Rate loop_rate(10);

	int count = 0;
	while (ros::ok())
	{
	    // 初始化geometry_msgs::Twist类型的消息
		geometry_msgs::Twist vel_msg;
		vel_msg.linear.x = 0.5;
		vel_msg.angular.z = 0.2;

	    // 发布消息
		turtle_vel_pub.publish(vel_msg);
		ROS_INFO("Publsh turtle velocity command[%0.2f m/s, %0.2f rad/s]", 
				vel_msg.linear.x, vel_msg.angular.z);

	    // 按照循环频率延时
	    loop_rate.sleep();
	}

	return 0;
}

4、配置发布者代码编译规则

$■$ 如何设置 CMakeLists.txt 中的编译规则

​ $\bullet$ 设置需要编译的代码和生成的可执行文件；

​ $\bullet$ 设置链接库。

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

5、编译并运行发布者

cd ~/catkin_ws
catkin_make
source devel/setup.bash
roscore
rosrun turtlesim turtlesim_node
rosrun learning_topic velocity_publisher

备注：如果 learning_topic 查找失败，说明环境变量没有添加成功，找到主程序中的 .bashrc 添加环境变量。

三、PA11 订阅者 Subscriber 的编程实现

1、话题模型

2、创建订阅者代码

$■$ 如何实现一个订阅者

​ $\bullet$ 初始化 ROS 节点；

​ $\bullet$ 订阅需要的话题;

​ $\bullet$ 循环等待话题消息，接收到消息后进入回调函数；

​ $\bullet$ 在回调函数中完成消息处理。

/***********************************************************************
Copyright 2020 GuYueHome (www.guyuehome.com).
***********************************************************************/

/**
 * 该例程将订阅/turtle1/pose话题，消息类型turtlesim::Pose
 */
 
#include 
#include "turtlesim/Pose.h"

// 接收到订阅的消息后，会进入消息回调函数
void poseCallback(const turtlesim::Pose::ConstPtr& msg)
{
    // 将接收到的消息打印出来
    ROS_INFO("Turtle pose: x:%0.6f, y:%0.6f", msg->x, msg->y);
}

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

    // 创建节点句柄
    ros::NodeHandle n;

    // 创建一个Subscriber，订阅名为/turtle1/pose的topic，注册回调函数poseCallback
    ros::Subscriber pose_sub = n.subscribe("/turtle1/pose", 10, poseCallback);

    // 循环等待回调函数
    ros::spin();

    return 0;
}

3、配置订阅者代码编译规则

$■$ 如何配置 CMakeLists.txt 中的编译规则

​ $\bullet$ 设置需要编译的代码和生成的可执行文件；

​ $\bullet$ 设置链接库。

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

4、编译并运行订阅者

cd ~/catkin_ws
catkin_make
source devel/setup.bash
roscore
rosrun turtlesim turtlesim_node
rosrun learning_topic pose_subscriber
rosrun learning_topic velocity_publisher

四、PA12 话题消息的定义与使用

1、话题模型

2、自定义话题消息

$■$ 如何自定义话题消息

​ $\bullet$ 定义 msg 文件

string name 
uint8 sex
uint8 age

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

$\bullet$ 在 package.xml 中添加功能包依赖

  message_generation
  message_runtime

$\bullet$ 在CMakeList.txt 添加编译选项

find_package( …… message_generation)
add_message_files(FILES Person.msg)
generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs)
catkin_package(…… message_runtime)

$\bullet$ 编译生成语言相关文件

cd ~/catkin_ws
catkin_make

3、创建发布者代码（C++）

$■$ 如何实现一个发布者

​ $\bullet$ 初始化 ROS 节点；

​ $\bullet$ 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；

​ $\bullet$ 创建消息数据；

​ $\bullet$ 按照一定频率循环发布消息。

/***********************************************************************
Copyright 2020 GuYueHome (www.guyuehome.com).
***********************************************************************/

/**
 * 该例程将发布/person_info话题，自定义消息类型learning_topic::Person
 */
 
#include 
#include "learning_topic/Person.h"

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

    // 创建节点句柄
    ros::NodeHandle n;

    // 创建一个Publisher，发布名为/person_info的topic，消息类型为learning_topic::Person，队列长度10
    ros::Publisher person_info_pub = n.advertise("/person_info", 10);

    // 设置循环的频率
    ros::Rate loop_rate(1);

    int count = 0;
    while (ros::ok())
    {
        // 初始化learning_topic::Person类型的消息
    	learning_topic::Person person_msg;
		person_msg.name = "Tom";
		person_msg.age  = 18;
		person_msg.sex  = learning_topic::Person::male;

        // 发布消息
		person_info_pub.publish(person_msg);

       	ROS_INFO("Publish Person Info: name:%s  age:%d  sex:%d", 
				  person_msg.name.c_str(), person_msg.age, person_msg.sex);

        // 按照循环频率延时
        loop_rate.sleep();
    }

    return 0;
}

4、创建订阅者代码（C++）

$■$ 如何实现一个发布者

​ $\bullet$ 初始化 ROS 节点；

​ $\bullet$ 订阅需要的话题;

​ $\bullet$ 循环等待话题消息，接收到消息后进入回调函数；

​ $\bullet$ 在回调函数中完成消息处理。

/***********************************************************************
Copyright 2020 GuYueHome (www.guyuehome.com).
***********************************************************************/

/**
 * 该例程将订阅/person_info话题，自定义消息类型learning_topic::Person
 */
 
#include 
#include "learning_topic/Person.h"

// 接收到订阅的消息后，会进入消息回调函数
void personInfoCallback(const learning_topic::Person::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;
}

5、配置代码编译规则

$■$ 如何配置CMakeLists.txt 中的编译规则

​ $\bullet$ 设置需要编译的代码和生成的可执行文件；

​ $\bullet$ 设置链接库；

​ $\bullet$ 添加依赖项。

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

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

6、编译并运行发布者和订阅者

cd ~/catkin_ws
catkin_make
source devel/setup.bash
roscore
rosrun learning_topic person_subscriber
rosrun learning_topic person_publisher

7、创建发布者和订阅者代码（Python）

$\bullet$ person_publisher.py

/***********************************************************************
Copyright 2020 GuYueHome (www.guyuehome.com).
***********************************************************************/

/**
 * 该例程将发布/person_info话题，自定义消息类型learning_topic::Person
 */
 
#include 
#include "learning_topic/Person.h"

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

    // 创建节点句柄
    ros::NodeHandle n;

    // 创建一个Publisher，发布名为/person_info的topic，消息类型为learning_topic::Person，队列长度10
    ros::Publisher person_info_pub = n.advertise<learning_topic::Person>("/person_info", 10);

    // 设置循环的频率
    ros::Rate loop_rate(1);

    int count = 0;
    while (ros::ok())
    {
        // 初始化learning_topic::Person类型的消息
    	learning_topic::Person person_msg;
		person_msg.name = "Tom";
		person_msg.age  = 18;
		person_msg.sex  = learning_topic::Person::male;

        // 发布消息
		person_info_pub.publish(person_msg);

       	ROS_INFO("Publish Person Info: name:%s  age:%d  sex:%d", 
				  person_msg.name.c_str(), person_msg.age, person_msg.sex);

        // 按照循环频率延时
        loop_rate.sleep();
    }

    return 0;
}

$\bullet$ person_subscriber.cpp

/***********************************************************************
Copyright 2020 GuYueHome (www.guyuehome.com).
***********************************************************************/

/**
 * 该例程将订阅/person_info话题，自定义消息类型learning_topic::Person
 */
 
#include 
#include "learning_topic/Person.h"

// 接收到订阅的消息后，会进入消息回调函数
void personInfoCallback(const learning_topic::Person::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;
}

$\bullet$ 确保每个 .py 允许作为程序执行文件

$\bullet$ 运行发布者和订阅者

roscore
rosrun learning_topic person_publisher.py
rosrun learning_topic person_subscriber.py

备注：python 不用再次编译，直接运行即可。