ROS笔记Day03----ROS架构&话题通信

一.ROS架构

1.1ROS的文件系统

|---WorkSpace --- 自定义的工作空间
|--- build:编译空间，用于存放CMake和catkin的缓存信息、配置信息和其他中间文件。

|--- devel:开发空间，用于存放编译后生成的目标文件，包括头文件、动态&静态链接库、可执行文件等。

|--- src: 源码

    |-- package：功能包(ROS基本单元)包含多个节点、库与配置文件，包名所有字母小写，只能由字母、数字与下划线组成

        |-- CMakeLists.txt 配置编译规则，比如源文件、依赖项、目标文件

        |-- package.xml 包信息，比如:包名、版本、作者、依赖项...(以前版本是 manifest.xml)

        |-- scripts 存储python文件

        |-- src 存储C++源文件

        |-- include 头文件

        |-- msg 消息通信格式文件

        |-- srv 服务通信格式文件

        |-- action 动作格式文件

        |-- launch 可一次性运行多个节点 

        |-- config 配置信息

    |-- CMakeLists.txt: 编译的基本配置

目前我用到的只有工作空间,在工作空间下的src目录中创建pkg功能包,在功能包src目录中新建.cpp文件以及在功能包目录下新建launch文件夹,在功能包下修改的Cmakelists.txt文件

1.2ROS计算图

ROS程序运行之后,不同的节点之间是错综复杂的，ROS 中提供了一个实用的工具: rqt_graph

rqt_graph能够创建一个显示当前系统运行情况的动态图形。ROS 分布式系统中不同进程需要进行数据交互，计算图可以以点对点的网络形式表现数据交互过程。rqt_graph是rqt程序包中的一部分。

下面在demo02_ws中以小乌龟程序为例展示rqt_graph工具:![请添加图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/direct/09c0a7aec41f4a44bba57b5cf0c36645.png

启动乌龟程序launch文件

打开一个终端运行rqt工具:

rqt_graph
#或者 rosrun rqt_graph rqt_graph

这样就通过图形化显示工具理清节点之间的关系了

二.ROS通信机制

(其实通信就是进行数据交换)

ROS通信机制主要分为三种:

1. 话题通信(发布订阅模式)
2. 服务通信(请求响应)
3. 参数服务器(参数共享模式)

2.1话题通信

话题通信使用频率最高,是基于发布订阅模式的,即一个节点发布消息,另一个节点订阅消息

像雷达、摄像头、GPS… 等等一些传感器数据的采集，都是使用了话题通信，换言之，话题通信适用于不断更新的数据传输相关的应用场景。

2.1.1话题通信理论模型

如下图所示:

2.1.2话题通信基本操作

需求: 编写发布订阅实现,要求发布方每秒10次发布消息,订阅方订阅消息并将消息打印输出.

由于大部分内容已经被封装好了,我们要实现通信模型实现的关注点为:

1. 发布方实现
2. 订阅放实现
3. 数据(此处为普通文本)

流程:

1. 编写发布方实现
2. 编写订阅方实现
3. 编辑配置文件
4. 编译运行

2.1.3普通文本案例

发布方C++实现代码:

#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h" /*数据为普通文本类型时要包含此头文件*/
#include 
/*
        发布方实现:
                1.包含头文件
                ROS中的文本类型 std_msgs/String.h
                2.初始化节点
                3.创建节点句柄
                4.创建发布者对象
                5.编写发布逻辑并发布数据
*/
int main(int argc, char *argv[])
{
    //2.初始化 ROS 节点 
    ros::init(argc,argv,"publisher");
    //3.创建节点句柄
    ros::NodeHandle nh;
    //4.创建发布者对象
    ros::Publisher pub = nh.advertise<std_msgs::String>("topic_name",10); //"topic_name"为话题
    //5.编写发布逻辑并发布数据
    //要求发布频率为10Hz并且文本后要添加编号
    //首先创建一个消息
    std_msgs::String msg;
    //实现发布频率
    ros::Rate rate(10);
    //实现编号
    int counter = 0;
    //编写循环发布消息
    while (ros::ok)  //此处条件意思是：如果这个节点还存活就执行这个循环
    {
        // msg.data = "hello";
        counter ++;
        //实现字符串拼接数字
        std::stringstream ss;
        ss << "hello ----" << counter;
        msg.data = ss.str();
        pub.publish(msg); //发布消息
        rate.sleep(); // 相当于延时函数
    }
    
    return 0;
}

订阅方C++实现代码:

#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"
/*
        订阅方实现:
                1.包含头文件
                ROS中的文本类型 std_msgs/String.h
                2.初始化节点
                3.创建节点句柄
                4.创建订阅者对象
                5.处理订阅到的数据
*/
void deal_msg(const std_msgs::String::ConstPtr& msg)
{
    ROS_INFO("订阅到的数据：%s",msg->data.c_str());
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    setlocale(LC_ALL, "");
    ros::init(argc,argv,"listener");
    ros::NodeHandle nh;
    ros::Subscriber sub = nh.subscribe<std_msgs::String>("topic_name",10,deal_msg);  // 第三次参数为回调函数，用来处理接受到的数据
    //回调函数相当于地雷,只有接收到引爆信号(接收到消息)才会执行
    ros::spin(); // 如果没有此语句，程序只会运行一遍，要一直订阅就要使用该语句
    return 0;
}

上述案例实现了普通文本的话题通信

在 ROS 通信协议中，数据载体是一个较为重要组成部分，ROS 中通过 std_msgs封装了一些原生的数据类型,比如:String、Int32、Int64、Char、Bool、Empty… 但是，这些数据一般只包含一个data 字段，结构的单一意味着功能上的局限性，当传输一些复杂的数据，比如: 激光雷达的信息… std_msgs由于描述性较差而显得力不从心，这种场景下可以使用自定义的消息类型

2.1.4自定义msg案例

需求:自定义msg,包含人的姓名,年龄,身高等

流程:

1. 按照固定格式创建msg文件
2. 编辑配置文件
3. 编译生成可以被C++调用的中间文件

1.在功能包下新建msg文件夹
2.在msg文件夹中新建 .msg 文件
3.在该文件中根据需求自定义消息类型

4.修改配置文件①packa.xml②Cmakelist.txt

在package.xml文件中增加这两行

在Cmakelists.txt中修改:




修改完成后记得保存
5.编译生成中间文件:

发现生成 .h 头文件 那么我们以后就可以通过调用头文件来使用我们自定义的msg消息了

6.配置vscode

为了方便代码提示以及避免误抛异常，需要先配置 vscode，将前面生成的 head 文件路径配置进
c_cpp_properties.json 的 includepath属性:

下面编写发布方C++实现代码:

#include "ros/ros.h"
#include "plumbing_pub_sub/person.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
    setlocale(LC_ALL,"");
    ros::init(argc,argv,"publisher");
    ros::NodeHandle nh;
    ros::Publisher pub = nh.advertise<plumbing_pub_sub::person>("topic_name", 10);
    //定义要被发布的数据以及发布频率
    plumbing_pub_sub::person person;
    person.name = "qmh";
    person.age = 19;
    person.height = 180;
    //设置发布频率变
    ros::Rate rate(1);
    //循环发布
    while (ros::ok)
    {
        pub.publish(person);
        rate.sleep();
        //目前没什么用但是官网建议加上此语句
        ros::spinOnce();
    }
    
    return 0;
}

在Cmakelists.txt中除了要增加target,executable,还要修改:

此处目的是为了防止出现msg文件未编译与cpp文件同时编译出现顺序上的错我,修改过后再编译时就会先编译msg避免了上述错误

订阅方C++代码实现:

#include "ros/ros.h"
#include "plumbing_pub_sub/person.h"

void deal_msg(const plumbing_pub_sub::person::ConstPtr &msg){
    ROS_INFO("接收到：我叫：%s,我今年%d岁,身高%fcm",msg->name.c_str(), msg->age, msg->height);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    setlocale(LC_ALL,"");
    ros::init(argc, argv, "listener");
    ros::NodeHandle nh;
    ros::Subscriber sub = nh.subscribe("topic_name", 10, deal_msg);
    ros::spin();
    return 0;
}

ok今天就到这里了,明天见
❤华❤