機器人操做系統入門（六）roscpp客戶端庫

參考資料：

https://www.icourse163.org/course/ISCAS-1002580008?tid=1003713012　　//中國大學MOOC

https://www.bilibili.com/video/av23401751　　//B站

《ROS操做系統入門講義》PDF下載

連接：https://pan.baidu.com/s/1OCja2WLDRnjYXMrpnZ3-sQ 
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第六章 roscpp

1、ROS支持的客戶端庫和總體的包結構分佈

2、roscpp：位於/opt/ros/kinetic　　// #include<ros/ros.h>

1. 主要部分

（1）ros::init()：解析傳入的ROS參數，建立node第一步須要用到的函數　　//能夠爲node命名

（2）ros::NodeHandle：和topic、service、param等交互的公共接口　　//類，須要建立句柄對象

（3）ros::master：包含從master查詢信息的函數　　//命名空間，無需建立對象

（4）ros::this_node：包含查詢這個進程(node)的函數

（5）ros::service：包含查詢服務的函數

（6）ros::param：包含查詢參數服務器的函數，而不須要用到NodeHandle

（7）ros::names：包含處理ROS圖資源名稱的函數

2. 按功能分類

• Initialization and Shutdown 初始與關閉
• Topics 話題
• Services 服務
• Parameter Server 參數服務器
• Timers 定時器
• NodeHandles 節點句柄
• Callbacks and Spinning 回調和自旋（輪詢）
• Logging 日誌
• Names and Node Information 名稱管理
• Time 時鐘
• Exception 異常

3、節點初始化、關閉以及句柄NodeHandle

1. 初始化

（1）ros::init()：初始化節點的名稱和其餘信息

（2）ros::NodeHandle對象：節點句柄，用來建立Publisher、Subscriber等

注：句柄NodeHandle是對節點資源的描述，經過它對節點進行操做，如爲程序提供服務、監聽某個topic上的消息、訪問和修改param等

2. 關閉節點

（1）終端輸入"Ctrl + C"　　//自動觸發SIGINT句柄關閉進程

（2）調用ros::shutdown()　　//手動關閉節點

注：經常使用執行流程以下　　// 啓動節點+獲取句柄

3. NodeHandle類的經常使用成員函數　　// 類

4、基於roscpp的topic通訊

（1）功能：自定義一個類型爲gps的消息（包括位置x，y和工做狀態state信息），一個node以必定頻率發佈模擬的gps消息，另外一個node接收並處理，算出到原點的距離

（2）自定義gps.msg消息　　//相似於C語言中的結構體

string state　　#工做狀態

float32 x　　#x座標

float32 y　　#y座標

（3）修改CMakeLists.txt和package.xml　　//編譯自定義消息

CMakeLists.txt：

package.xml：

　　<build_depend>message_generation</build_depend>

　　<run_depend>message_runtime</run_depend>

注：

• 回到工做空間編譯完成後，會在devel路徑下自動生成gps.msg對應的頭文件，其中定義了topic_demo::gps類
• 經過 #include<topic_demo/gps.h>，使用自定義消息類型

• topic_demo::gps mygpsmsg;
  mygpsmsg.x = 1.6;
  mygpsmsg.y = 5.5;
  mygpsmsg.state = "working";

（4）消息發佈節點 talker.cpp　　//發佈gps_info話題

（5）消息訂閱節點 listener.cpp

注：

• 經過定義回調函數，爲gps_info話題預先準備一個回調函數，接收到消息時被觸發執行
• 回調函數做爲參數被傳入到了另外一個函數中（在本例中傳遞的是函數指針），在將來某個時刻（當有新的message到達），就會當即執行

（6）修改CMakeList.txt

（7）spin調用方式　　//多線程用於分別處理不一樣數據

5、基於roscpp的service通訊

（1）自定義服務文件Greeting.srv

string name #短橫線上邊部分是服務請求的數據

int32 age

--- #短橫線下面是服務回傳的內容。

string feedback

注：至關於嵌套了請求和響應兩個結構體

（2）修改CMakeList.txt：add_service_files(FILES Greeting.srv)

經過#include <service_demo/Greeting.h>進行調用

service_demo::Greeting grt; //grt分爲grt.request和grt.response兩部分

grt.request.name = "HAN"; //不能用grt.name或者grt.age來訪問

grt.request.age = "20";

（3）服務提供節點 server.cpp

注：

• 服務的處理操做由handle_function()函數肯定，輸入參數爲Greeting的Request和Response兩部分，對對Requst數據進行須要的操做，將結果寫入到Response中
• 返回值爲bool值，用於判斷服務是否調用成功　　//不輸出Response

（4）服務請求節點 client.cpp

注：CMakeList.txt和package.xml的修改和topic_demo相似

6、基於roscpp的參數服務器設置

（1）兩種方式

• ros::param命名空間
• ros::NodeHandle節點句柄

（2）實際項目中對參數的設置一般都不在程序中，而是利用launch文件　　//launch文件能夠方便地修改參數，而寫成代碼以後，修改參數必須從新編譯

（3）命名空間對param的影響　　// ros::NodeHandle n; 和 ros::NodeHandle nh("~") 的區別

假設參數定義以下：

那麼 name_demo.cpp文件以下：

輸出：

可見：

• n爲全局命名空間句柄，當訪問節點私有命名空間內的參數時，須要添加節點名
• nh爲局部命名空間句柄，當訪問全局命名空間的參數時，須要添加全局命名空間 /

7、時鐘

（1）兩種時間表示方法　　//均由秒和納秒組成：int32 sec；int32 nsec

• ros::Time　　//某個時刻，#include<ros/time.h>
• ros::Duration　　//某個時段，#include<ros/duration.h>

用法示例：

• ros::Time begin = ros::Time::now();　　//獲取當前時間
• ros::Time at_some_time1(5,20000000);　　//5.2s
• ros::Time at_some_time2(5.2)　　//同上，重載了float類型和兩個uint類型的構造函數
• ros::Duration one_hour(60*60,0);　　//1h
• double secs1 = at_some_time1.toSec();　　//將Time轉爲double型時間
• double secs2 = one_hour.toSec();　　//將Duration轉爲double型時間

時刻Time和Duration時長之間存在加減運算：

• ros::Time t1 = ros::Time::now() - ros::Duration(5.5);　　//t1是5.5s前的時刻，Time加減Duration返回都是Time
• ros::Time t2 = ros::Time::now() + ros::Duration(3.3);　　//t2是當前時刻日後推3.3s的時刻
• ros::Duration d1 = t2 - t1;　　//從t1到t2的時長，兩個Time相減返回Duration類型
• ros::Duration d2 = d1 -ros::Duration(0,300);　　//兩個Duration相減，仍是Duration

注：不存在Time+Time

（2）休眠功能sleep

注：Rate的功能是指定一個頻率，讓某些動做按照這個頻率來循環執行

（3）定時器Timer：與Rate相似，經過設定回調函數和觸發時間來實現某些動做的反覆執行，建立方法相似topic中的subscriber

8、日誌和異常

（1）日誌log

• 每一個節點都會把日誌信息發送到統一的話題 /rosout 上
• rosout自己也是一個節點，負責日誌的記錄

（2）日誌的輸出：#include<ros/console.h>

五個級別：

• DEBUG：ROS_DEBUG("The velocity is %f", vel);
• INFO：ROS_INFO
• WARN：ROS_WARN("Warn: the use is deprecated.");
• ERROR：ROS_ERROR
• FATAL：ROS_FATAL("Cannot start this node.");

（3）異常Exception　　//針對兩類錯誤

• ros::InvalidNodeNameException　　//當無效的基礎名稱傳給ros::init()，一般是名稱中有/，就會觸發
• ros::InvalidNameExcaption　　//當無效名稱傳給了roscpp