ROS笔记三：话题

目录

简要介绍

ROS话题通信机制的一些核心概念和流程：

话题通信的流程如下

ROS常见的topic命令行指令

发布话题

1.创建ROS节点并初始化

 2.创建话题发布者

3.创建消息实例并设置内容

4.将消息发布出去

5.保持节点运行

订阅话题 

初始化ROS节点和创建NodeHandle

创建订阅者并指定回调函数

编写消息回调函数

保持节点运行：

自定义消息类型数据

创建消息文件

在CMakeLists.txt中添加消息依赖

编译和构建

使用自定义消息类型

 注意点

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简要介绍

在ROS中，话题（topics）是最常用的通信机制之一，它允许节点之间以异步的方式进行消息的发布和订阅。一个节点可以发布某个话题的消息，而其他节点则可以订阅该话题以接收相应的消息。

话题通信机制是一种：一（发布者）对多（订阅者）、异步的通信机制

ROS话题通信机制的一些核心概念和流程：

1.消息类型（Message type）：在ROS中，每个话题都有一个特定的消息类型，该消息类型定义了该话题所传递的数据结构和内容。例如，一个表示激光雷达扫描数据的消息类型可能包括激光雷达的位置、角度、距离等信息。

2.发布者（Publisher）：发布者是一个ROS节点，它可以将特定消息类型的数据发布到某个话题中，其他节点可以通过订阅该话题来接收该消息。一个节点可以同时作为多个话题的发布者。

3.订阅者（Subscriber）：订阅者是一个ROS节点，它可以从某个话题中接收特定消息类型的数据，从而实现对该话题的订阅。一个节点可以同时订阅多个话题。

4.话题名称（Topic name）：话题名称是一个字符串，用来标识某个话题在ROS系统中的唯一性。在进行订阅或发布操作时，节点需要指定要订阅或发布的话题名称。

5.消息队列（Message queue）：消息队列是一个缓存区，用来存储已发布但未被订阅者接收的消息。当节点订阅某个话题时，如果该话题之前已经有消息发布，那么这些消息会首先被放入消息队列中，等待订阅者进行接收。

话题通信的流程如下

1.发布者创建一个话题，并将特定消息类型的数据发布到该话题中。

2.订阅者订阅特定话题，等待接收该话题中的消息。

3.如果在订阅者订阅之前已经有消息发布到该话题中，那么这些消息会被放入消息队列中，等待订阅者进行接收。

4.当发布者发布新的消息时，订阅者会收到该消息并进行处理。

ROS常见的topic命令行指令

1. rostopic echo：该命令可以用于打印某个话题的消息内容，从而实时监测该话题的状态和数据。例如，使用rostopic echo /scan可以实时显示激光雷达数据。

2. rostopic hz：该命令可以用于查看某个话题的发布频率，从而评估系统的性能和稳定性。例如，使用rostopic hz /scan可以显示激光雷达数据的发布频率。

3. rostopic info：该命令可以用于查看某个话题的详细信息，包括其名称、数据类型、发布者和订阅者等内容。例如，使用rostopic info /scan可以显示激光雷达数据的相关信息。

4. rostopic list：该命令可以列举出当前ROS系统中所有可用的话题名称，从而方便用户查看和选择特定话题。例如，使用rostopic list可以显示所有可用的话题名称。

5. rostopic pub：该命令可以用于往某个话题中输入特定的消息内容，从而模拟某些场景下的数据输入。例如，使用rostopic pub /cmd_vel geometry_msgs/Twist "{linear: {x: 0.1}, angular: {z: 0.5}}"可以向/cmd_vel话题发送一个Twist消息。

6. rostopic bw：该命令可以用于查看某个话题的带宽使用情况，从而评估系统网络和性能瓶颈。例如，使用rostopic bw /scan可以显示激光雷达数据的带宽使用情况。

7. rostopic find：该命令可以根据数据类型查找符合条件的话题名称，从而方便用户快速定位到特定话题。例如，使用rostopic find std_msgs/String可以查找所有数据类型为std_msgs/String的话题名称。

8. rostopic type：该命令可以用于查看某个话题的数据类型，从而帮助用户了解该话题所传递的数据结构和内容。例如，使用rostopic type /scan可以显示激光雷达数据的数据类型。

发布话题

发布话题是指将消息发送到特定的话题，以便其他节点可以接收和处理这些消息。话题是一种基于发布-订阅模式的通信机制，它允许不同的节点之间进行异步的消息传递。

1.创建ROS节点并初始化

在开始发布消息之前，需要先创建一个ROS节点，并进行初始化。这个节点将负责发布消息到指定的话题。

#include "ros/ros.h"

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

    // 创建NodeHandle对象
    ros::NodeHandle nh;

    // 在这里编写发布者的代码

    return 0;
}

 2.创建话题发布者

在ROS节点中，你需要创建一个话题发布者对象。话题发布者用于将消息发送到特定的话题。你需要指定话题的名称和消息类型作为发布者的参数。

ros::Publisher pub = nh.advertise<消息类型>("话题名称", 队列大小); 

 e.g如果要发布字符串消息到名为/chatter的话题上

ros::Publisher pub = nh.advertise("/chatter", 10);

3.创建消息实例并设置内容

在发布消息之前，需要创建一个对应消息类型的实例，并设置其内容。

消息类型 message;

message.字段 = 值;

 e.g.

对于std_msgs::String消息类型，可以这样创建一个消息实例，并将其内容设置为"Hello, World!"：

std_msgs::String message;

message.data = "Hello, World!";

4.将消息发布出去

使用话题发布者的publish()方法将消息发布到指定的话题上。

pub.publish(message);

5.保持节点运行

在发布消息后，一般需要调用ros::spin()或者ros::spinOnce()来保持节点处于运行状态，以便能够发送消息并接收其他节点发送的消息。

ros::spin();

// 或者

ros::spinOnce();

订阅话题 

订阅者（Subscriber）用于接收和处理其他节点发布的消息。订阅者通过订阅特定的话题来接收消息，并在接收到消息后执行相应的回调函数进行处理。下面是订阅话题的详细步骤：

初始化ROS节点和创建NodeHandle

在开始订阅消息之前，首先需要初始化ROS节点并创建一个NodeHandle对象。

#include "ros/ros.h"
int main(int argc, char **argv)
{
    ros::init(argc, argv, "subscriber_node");
    ros::NodeHandle nh;
    // 在这里编写订阅者的代码
    ros::spin();  // 保持节点运行
    return 0;
}

创建订阅者并指定回调函数

 使用NodeHandle对象的subscribe<消息类型>("话题名称", 队列大小, 回调函数)方法创建一个订阅者，指定要订阅的消息类型、话题名称、队列大小以及接收到消息时要调用的回调函数。

 ros::Subscriber sub = nh.subscribe("话题名称", 队列大小, 回调函数);

 e.g如果要订阅名为/chatter的字符串消息，可以这样创建订阅者： 

void messageCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg)
{
    ROS_INFO("Received message: %s", msg->data.c_str());
}

ros::Subscriber sub = nh.subscribe("/chatter", 10, messageCallback);

编写消息回调函数

消息回调函数是在接收到消息时被调用的函数，用于处理接收到的消息数据。

void messageCallback(const 消息类型::ConstPtr& msg)
{
    // 处理接收到的消息
}

保持节点运行：

最后，在订阅消息后，通常需要调用ros::spin()或者ros::spinOnce()来保持节点处于运行状态，以便接收和处理消息。

完整的订阅者代码：

#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"
void messageCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg)
{
    ROS_INFO("Received message: %s", msg->data.c_str());
}

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

    ros::Subscriber sub = nh.subscribe("/chatter", 10, messageCallback);

    ros::spin();

    return 0;
}

自定义消息类型数据

创建消息文件

使用ROS消息描述语言（Message Description Language，简称msg）创建一个消息文件，该文件定义了自定义消息的结构和字段。通常，消息文件位于msg文件夹中。

e.g创建一个名为CustomMessage.msg的消息文件，其中包含一个字符串字段data 

string data

在CMakeLists.txt中添加消息依赖

 在ROS软件包的CMakeLists.txt文件中添加对自定义消息的依赖项。

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
  roscpp
  std_msgs
  message_generation   # 添加这行
)

add_message_files(
  FILES
  CustomMessage.msg   # 添加你创建的消息文件
)

generate_messages(
  DEPENDENCIES
  std_msgs
)

确保在CMakeLists.txt的catkin_package()函数之前添加了message_generation依赖。 

编译和构建

运行catkin_make命令编译和构建ROS软件包。

cd catkin_ws
catkin_make

使用自定义消息类型

在代码中使用自定义消息类型，包括订阅者和发布者。

#include "ros/ros.h"
#include "package_name/CustomMessage.h"  // 替换成你的自定义消息类型

void messageCallback(const package_name::CustomMessage::ConstPtr& msg)
{
    ROS_INFO("Received message: %s", msg->data.c_str());
}

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

    ros::Subscriber sub = nh.subscribe("/chatter", 10, messageCallback);

    ros::spin();

    return 0;
}

 上述将package_name替换为你的自定义消息所在的软件包名。CustomMessage是自定义消息类型的名称，需要根据实际情况进行替换。

确保在使用自定义消息之前，已经运行了catkin_make命令来编译和构建ROS软件包，以便让ROS能够正确识别和使用自定义消息类型。

 注意点

在使用自定义消息之前，要确保订阅者和发布者都使用了相同的自定义消息类型，并且正确地引用了消息类型的头文件。