ROS编程入门（C++ 及 思路）
使用Autolabor官方入门教程，笔记内容为注意事项
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一. ROS通信机制的解释
例如在生活中，我们在家里有一个放零食的箱子，而操作服务器就是这个箱子，无论是使用者还是开发者都可以共同使用他。
1.话题通信 是ROS中使用频率最高的一种通信模式，话题通信是基于发布订阅模式的，也即:一个节点发布消息，另一个节点订阅该消息
雷达------->导航（计算）-------->底盘
在传递消息和传递运动控制指令时，就使用了话题通信，那么
雷达就是发布， 导航是订阅发布，底盘是订阅。
简单的三要素，发布 - 订阅 - 中间要素
角色----> 流程 ----> 注意
（1）角色：
1. master -----> 管理者（媒婆）
2. talker ------>发布者 （男方）
3. listner ------->订阅者 （女方）
（2）流程 ：
master 可以根据话题 建立发布者和订阅者之间的连接
0. 男方提交信息 （房，手机号） ——————发布者比订阅者信息多
1. 女方提交信息 （房）
2. 媒婆把男方电话发给女方
3. 女方打电话给男方（房 连接）
4. 男方响应（加微信/给微信）
5. 女方加男方微信
（3）注意：
1.使用的协议由RPC和TCP；
2.步骤1和步骤0没有顺序关系
3.talker 和 listener可以存在多个
4.建立连接后，master就可以关闭了
5.上述流程已经封装，直接调用就好
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我们要设置 发布 和 订阅方（分别进行）- （我们的实操部分只进行C++实现案例）
接下来 将从头开始一一介绍（VScode的配置请参照上面的链接进行修改，否则无法正常调试）
一 ： 发布框架+发布逻辑
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（1）建立工作空间
建立 demo02_ws 工作空间
键入 code. 可以直接用vs打开工作空间
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（2）添加包 （头文件）---第一次为文件名，第二次为我们添加的包（后面服务可作修改）
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(3)新建一个发布者文件（写代码的位置，在src目录下新建一个cpp文件）
内容如下：
/*
需求: 实现基本的话题通信，一方发布数据，一方接收数据，
实现的关键点:
1.发送方
2.接收方
3.数据(此处为普通文本)
PS: 二者需要设置相同的话题
消息发布方:
循环发布信息:HelloWorld 后缀数字编号
实现流程:
1.包含头文件
2.初始化 ROS 节点:命名(唯一)
3.实例化 ROS 句柄
4.实例化 发布者 对象
5.组织被发布的数据，并编写逻辑发布数据
*/
// 1.包含头文件
#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h" //普通文本类型的消息
#include
int main(int argc, char *argv[])
{
//设置编码
setlocale(LC_ALL,"");
//2.初始化 ROS 节点:命名(唯一)
// 参数1和参数2 后期为节点传值会使用
// 参数3 是节点名称，是一个标识符，需要保证运行后，在 ROS 网络拓扑中唯一
ros::init(argc,argv,"talker");
//3.实例化 ROS 句柄
ros::NodeHandle nh;//该类封装了 ROS 中的一些常用功能
//4.实例化 发布者 对象
//泛型: 发布的消息类型
//参数1: 要发布到的话题
//参数2: 队列中最大保存的消息数，超出此阀值时，先进的先销毁(时间早的先销毁)
ros::Publisher pub = nh.advertise("chatter",10);
//5.组织被发布的数据，并编写逻辑发布数据
//数据(动态组织)
std_msgs::String msg;
// msg.data = "你好啊！！！";
std::string msg_front = "Hello 你好！"; //消息前缀
int count = 0; //消息计数器
//逻辑(一秒10次)
ros::Rate r(1);
//节点不死
while (ros::ok())
{
//使用 stringstream 拼接字符串与编号
std::stringstream ss;
ss << msg_front << count;
msg.data = ss.str();
//发布消息
pub.publish(msg);
//加入调试，打印发送的消息
ROS_INFO("发送的消息:%s",msg.data.c_str());
//根据前面制定的发送贫频率自动休眠 休眠时间 = 1/频率；
r.sleep();
count++;//循环结束前，让 count 自增
//暂无应用
ros::spinOnce();
}
return 0;
}
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（4）在 CmakeLists 里面修改参数 (映射名字和定义名字最好一样)
修改下面两处
(1) 
(2) 
然后shift+ctrl+b调试看看有没出错
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（5）启动ros核心 roscore rosrun rostopic（下面还会有具体说明）
进入工作空间的方法：
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二：订阅方
（1）新建订阅方文件（在src文件里）
具体内容：
/*
需求: 实现基本的话题通信，一方发布数据，一方接收数据，
实现的关键点:
1.发送方
2.接收方
3.数据(此处为普通文本)
消息订阅方:
订阅话题并打印接收到的消息
实现流程:
1.包含头文件
2.初始化 ROS 节点:命名(唯一)
3.实例化 ROS 句柄
4.实例化 订阅者 对象
5.处理订阅的消息(回调函数)
6.设置循环调用回调函数
*/
// 1.包含头文件
#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"
void doMsg(const std_msgs::String::ConstPtr& msg_p){
ROS_INFO("我听见:%s",msg_p->data.c_str());
// ROS_INFO("我听见:%s",(*msg_p).data.c_str());
}
int main(int argc, char *argv[])
{
setlocale(LC_ALL,"");
//2.初始化 ROS 节点:命名(唯一)
ros::init(argc,argv,"listener");
//3.实例化 ROS 句柄
ros::NodeHandle nh;
//4.实例化 订阅者 对象
ros::Subscriber sub = nh.subscribe("chatter",10,doMsg);
//5.处理订阅的消息(回调函数)
// 6.设置循环调用回调函数
ros::spin();//循环读取接收的数据，并调用回调函数处理
return 0;
} -------------------------------
（2）修改 CmakeLists
与发布者相同，对比着上面修改一下名称即可
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（3）启动命令行
与上面相同，同时启动3个命令行
但是这次最后一个也是rosrun启动
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注意事项在所给的课件里面有提到
如果要使用计算图查看，就再建立一个命令行
就可以查看了
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自定义话题通信： （前置步骤）
（1）在上面的基础上继续完成，建立一个新的文件夹和一个个人文件
（msg 与 person.msg）
内容如下：
（2）接着，进行配置 （两处）
package.xml
CmakeList
我们要配置依赖关系
接着编译一下，可以生成我们过程中需要的文件
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发布方：
1.前置步骤 配置vscode
在终端中打开
（2）新建一个自定义发布文件（仍然在之前建立的plu包下的src文件）
具体内容如下：
#include "ros/ros.h"
#include "plumbing_pub_sub/Person.h"
int main(int argc,char *aegv[])
{
setlocale(LC_ALL,"");
//1 初始化节点
ros::init(argc,argv,"banZhuRen");
//2 创建句柄
ros::NodeHandle nh;
//3 创立发布对象
ros::Pulisher pub = nh.advertise("liaoTian",10);
// 4-1 创建发布数据
plumbing_pub_sub::Person person;
person.name = "张三";
person.age = 1;
person.height = 1.73;
// 4-2 创建发布频率
ros::Rate rate(1);
// 4-3 循环发布
while(ros::ok())
{
//修改被发布数据
person.age+=1;
//数据发布
pub.publish(person);
ROS_INFO("发布消为:%s,%d,%.2f",person.name.c_str(),person,age.c_str(),person.height.c_str());
//休眠
rate.sleep();
// 最好写
ros::spinOnce();
}
return 0;
} 接下来的内容与上面一样，但是cmakelists里面多配置一个
添加完成后再编译一下
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（3）运行
roscore
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对于订阅方也相同
新建一个文件，然后写内容
void doPerson(const plumbing_pub_sub::Person::ConstPtr& person)
{
ROS_INFO("订阅消息为:%s,%d,%.2f",person.name.c_str(),person,age.c_str(),person.height.c_str());
}
int main(int argc.char *argv[])
{
setlocale(LC_ALL,"");
ros::init(argc,argv,"jiaZhang");
ros::NodeHandle nh;
ros::Subscriber sub = nh/subscribe("liaoTian",10,doPerson);
ros::spin();
}
Cmakelist的三个配置也一样
自定义与官方的区别在于，多了一个配置，其它的东西都是大同小异
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二- 服务通信
服务通信也是ROS中一种极其常用的通信模式，服务通信是基于请求响应模式的，是一种应答机制。也即: 一个节点A向另一个节点B发送请求，B接收处理请求并产生响应结果返回给A。
机器人巡逻过程中，控制系统分析传感器数据发现可疑物体或人... 此时需要拍摄照片并留存
定义srv 文件内的可用数据类型与 msg 文件一致，且定义 srv 实现流程与自定义 msg 实现流程类似:
步骤如下：
-
按照固定格式创建srv文件
-
编辑配置文件
-
编译生成中间文件
调用svc 文件，流程如下：
- 编写服务端实现
- 编写客户端实现
- 编辑配置文件
- 编译并执行
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接下来为详细操作：
（1）创建新的功能包
新建服务文件夹和文件（srv 与 Addints.srv）
package 和 Cmakelist下更改配置
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在 src 目录下建立deno01_server.cpp
具体内容如下：
/*
需求:
编写两个节点实现服务通信，客户端节点需要提交两个整数到服务器
服务器需要解析客户端提交的数据，相加后，将结果响应回客户端，
客户端再解析
服务器实现:
1.包含头文件
2.初始化 ROS 节点
3.创建 ROS 句柄
4.创建 服务 对象
5.回调函数处理请求并产生响应
6.由于请求有多个，需要调用 ros::spin()
*/
#include "ros/ros.h"
#include "demo03_server_client/AddInts.h"
// bool 返回值由于标志是否处理成功
bool doReq(demo03_server_client::AddInts::Request& req,
demo03_server_client::AddInts::Response& resp){
int num1 = req.num1;
int num2 = req.num2;
ROS_INFO("服务器接收到的请求数据为:num1 = %d, num2 = %d",num1, num2);
//逻辑处理
if (num1 < 0 || num2 < 0)
{
ROS_ERROR("提交的数据异常:数据不可以为负数");
return false;
}
//如果没有异常，那么相加并将结果赋值给 resp
resp.sum = num1 + num2;
return true;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
setlocale(LC_ALL,"");
// 2.初始化 ROS 节点
ros::init(argc,argv,"AddInts_Server");
// 3.创建 ROS 句柄
ros::NodeHandle nh;
// 4.创建 服务 对象
ros::ServiceServer server = nh.advertiseService("AddInts",doReq);
ROS_INFO("服务已经启动....");
// 5.回调函数处理请求并产生响应
// 6.由于请求有多个，需要调用 ros::spin()
ros::spin();
return 0;
}
接下来再第一个CMakeList里面继续修改（也就是大包的Cmake）
（P137）----修改内容如下
P137
add_excutable(demo01_server src/demo01_server.cpp)
P147
add_dependencies(demo01_server ${PROJECT_NAME}_gencpp)
p150 开始 下面注释去掉
target_link_libraries(demo01_server
${catkin_LIBRARIES})配置完成后，打开三个命令行
roscore
cd demo03_ws/
source ./devel/setup.bash
rosrun plumbing_server_client demo01_server就可以使用了
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三 - 参数服务器
参数服务器实现是最为简单的，该模型如下图所示,该模型中涉及到三个角色:
- ROS Master (管理者)
- Talker (参数设置者)
- Listener (参数调用者)
ROS Master 作为一个公共容器保存参数，Talker 可以向容器中设置参数，Listener 可以获取参数。
（直接再虚拟机上操作）
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实操控制乌龟运动
具体内容如下:
/*
编写 ROS 节点，控制小乌龟画圆
准备工作:
1.获取topic(已知: /turtle1/cmd_vel)
2.获取消息类型(已知: geometry_msgs/Twist)
3.运行前，注意先启动 turtlesim_node 节点
实现流程:
1.包含头文件
2.初始化 ROS 节点
3.创建发布者对象
4.循环发布运动控制消息
*/
#include "ros/ros.h"
#include "geometry_msgs/Twist.h"
int main(int argc, char *argv[])
{
setlocale(LC_ALL,"");
// 2.初始化 ROS 节点
ros::init(argc,argv,"control");
ros::NodeHandle nh;
// 3.创建发布者对象
ros::Publisher pub = nh.advertise("/turtle1/cmd_vel",1000);
// 4.循环发布运动控制消息
//4-1.组织消息
geometry_msgs::Twist msg;
msg.linear.x = 1.0;
msg.linear.y = 0.0;
msg.linear.z = 0.0;
msg.angular.x = 0.0;
msg.angular.y = 0.0;
msg.angular.z = 2.0;
//4-2.设置发送频率
ros::Rate r(10);
//4-3.循环发送
while (ros::ok())
{
pub.publish(msg);
ros::spinOnce();
}
return 0;
}
修改CMakeList配置：
启动命令行运行：
-----------------------------------------------
订阅乌龟位姿（话题订阅）
-------准备工作-------
1. 新建launch文件（节点）
2. 启动launch节点
3. 通过命令方式获得位姿
-----------------------------
以程序方式来打印位姿
package配置
CmakeList配置
添加功能包
-----------
2.新建文件：test02_sub_pose
内容如下：
/*
订阅小乌龟的位姿: 时时获取小乌龟在窗体中的坐标并打印
准备工作:
1.获取话题名称 /turtle1/pose
2.获取消息类型 turtlesim/Pose
3.运行前启动 turtlesim_node 与 turtle_teleop_key 节点
实现流程:
1.包含头文件
2.初始化 ROS 节点
3.创建 ROS 句柄
4.创建订阅者对象
5.回调函数处理订阅的数据
6.spin
*/
#include "ros/ros.h"
#include "turtlesim/Pose.h"
void doPose(const turtlesim::Pose::ConstPtr& p){
ROS_INFO("乌龟位姿信息:x=%.2f,y=%.2f,theta=%.2f,lv=%.2f,av=%.2f",
p->x,p->y,p->theta,p->linear_velocity,p->angular_velocity
);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
setlocale(LC_ALL,"");
// 2.初始化 ROS 节点
ros::init(argc,argv,"sub_pose");
// 3.创建 ROS 句柄
ros::NodeHandle nh;
// 4.创建订阅者对象
ros::Subscriber sub = nh.subscribe("/turtle1/pose",1000,doPose);
// 5.回调函数处理订阅的数据
// 6.spin
ros::spin();
return 0;
}
再次配置CMakeList
----------------------------------------
启动乌龟（启动launch文件）后，再新建命令行
cd demo02_ws/
source ./devel/setup.bash
rosrun plumbing_test test02_sub_pose