SLAM+語音機器人DIY系列：（二）ROS入門——5.編寫簡單的消息發佈器和訂閱器

時間 2019-11-10

標籤 slam 語音機器人 diy 系列 ros 入門編寫簡單消息發佈訂閱简体版

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摘要

ROS機器人操做系統在機器人應用領域很流行，依託代碼開源和模塊間協做等特性，給機器人開發者帶來了很大的方便。咱們的機器人「miiboo」中的大部分程序也採用ROS進行開發，因此本文就重點對ROS基礎知識進行詳細的講解，給不熟悉ROS的朋友起到一個拋磚引玉的做用。本章節主要內容：html

1.ROS是什麼node

2.ROS系統總體架構python

3.在ubuntu16.04中安裝ROS kineticnginx

4.如何編寫ROS的第一個程序hello_worlddjango

5.編寫簡單的消息發佈器和訂閱器編程

6.編寫簡單的service和clientubuntu

7.理解tf的原理centos

8.理解roslaunch在大型項目中的做用bash

9.熟練使用rviz網絡

10.在實際機器人上運行ROS高級功能預覽

5.編寫簡單的消息發佈器和訂閱器

經過上一節編寫ROS的第一個程序hello_world，咱們對ROS的整個編程開發過程有了基本的瞭解，如今咱們就來編寫真正意義上的使用ROS進行節點間通訊的程序。因爲以前已經建好了catkin_ws這樣一個工做空間，之後開發的功能包都將放在這裏面，這裏給新建的功能包取名爲topic_example，在這個功能包中分別編寫兩個節點程序publish_node.cpp和subscribe_node.cpp，發佈節點（publish_node）向話題（chatter）發佈std_msgs::String類型的消息，訂閱節點（subscribe_node）從話題（chatter）訂閱std_msgs::String類型的消息，這裏消息傳遞的具體內容是一句問候語「how are you ...」，通訊網絡結構如圖16。

（圖16）消息發佈與訂閱ROS通訊網絡結構圖

（1）功能包的建立

在catkin_ws/src/目錄下新建功能包topic_example，並在建立時顯式的指明依賴roscpp和std_msgs。打開命令行終端，輸入命令：

cd ~/catkin_ws/src/

#建立功能包topic_example時，顯式的指明依賴roscpp和std_msgs，
#依賴會被默認寫到功能包的CMakeLists.txt和package.xml中
catkin_create_pkg topic_example roscpp std_msgs

（2）功能包的源代碼編寫

功能包中須要編寫兩個獨立可執行的節點，一個節點用來發布消息，另外一個節點用來訂閱消息，因此須要在新建的功能包topic_example/src/目錄下新建兩個文件publish_node.cpp和subscribe_node.cpp，並將下面的代碼分別填入。

首先，介紹發佈節點publish_node.cpp，代碼內容以下：

 1 #include "ros/ros.h" 
 2 #include "std_msgs/String.h" 
 3 
 4 #include <sstream>
 5 
 6 int main(int argc, char **argv) 
 7 {
 8   ros::init(argc, argv, "publish_node");
 9   ros::NodeHandle nh;
10 
11   ros::Publisher chatter_pub = nh.advertise<std_msgs::String>("chatter", 1000);
12   ros::Rate loop_rate(10);
13   int count = 0;
14 
15   while (ros::ok()) 
16   {
17     std_msgs::String msg;
18 
19     std::stringstream ss; 
20     ss << "how are you " << count; 
21     msg.data = ss.str();
22     ROS_INFO("%s", msg.data.c_str());
23   
24     chatter_pub.publish(msg);
25   
26     ros::spinOnce();
27     loop_rate.sleep();
28     ++count;
29   }
30 
31   return 0;
32 }

對發佈節點代碼進行解析。

#include "ros/ros.h"

這一句是包含頭文件ros/ros.h，這是ROS提供的C++客戶端庫，是必須包含的頭文件。

#include "std_msgs/String.h"

因爲代碼中須要使用ROS提供的標準消息類型std_msgs::String，因此須要包含此頭文件。

ros::init(argc, argv, "publish_node");

這一句是初始化ros節點並指明節點的名稱，這裏給節點取名爲publish_node，一旦程序運行後就能夠在ros的計算圖中被註冊爲publish_node名稱標識的節點。

ros::NodeHandle nh;

這一句是聲明一個ros節點的句柄，初始化ros節點必須的。

ros::Publisher chatter_pub = nh.advertise<std_msgs::String>("chatter", 1000);

這句話告訴ros節點管理器咱們將會在chatter這個話題上發佈std_msgs::String類型的消息。這裏的參數1000是表示發佈序列的大小，若是消息發佈的太快，緩衝區中的消息大於1000個的話就會開始丟棄先前發佈的消息。

ros::Rate loop_rate(10);

這句話是用來指定自循環的頻率，這裏的參數10 表示10Hz頻率，須要配合該對象的sleep()方法來使用。

while (ros::ok()) {...}

roscpp會默認安裝以SIGINT句柄，這句話就是用來處理由ctrl+c鍵盤操做、該節點被另外一同名節點踢出ROS網絡、ros::shutdown()被程序在某個地方調用、全部ros::NodeHandle句柄都被銷燬等觸發而使ros::ok()返回false值的狀況。

std_msgs::String msg;

定義了一個std_msgs::String消息類型的對象，該對象有一個數據成員data用於存放咱們即將發佈的數據。要發佈出去的數據將被填充到這個對象的data成員中。

chatter_pub.publish(msg);

利用定義好的發佈器對象將消息數據發佈出去，這一句執行後，ROS網絡中的其餘節點即可以收到此消息中的數據。

ros::spinOnce();

這一句是讓回調函數有機會被執行的聲明，這個程序裏面並無回調函數，因此這一句能夠不要，這裏只是爲了程序的完整規範性才放上來的。

loop_rate.sleep();

前面講過，這一句是經過休眠來控制自循環的頻率的。

接着，介紹訂閱節點subscribe_node.cpp，代碼內容以下：

 1 #include "ros/ros.h" 
 2 #include "std_msgs/String.h" 
 3 
 4 void chatterCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg)
 5 {
 6   ROS_INFO("I heard: [%s]",msg->data.c_str());
 7 }
 8 
 9 int main(int argc, char **argv) 
10 {
11   ros::init(argc, argv, "subscribe_node");
12   ros::NodeHandle nh;
13 
14   ros::Subscriber chatter_sub = nh.subscribe("chatter", 1000,chatterCallback);
15 
16   ros::spin();
17 
18   return 0;
19 }

對訂閱節點代碼進行解析。

以前解釋過的相似的代碼就不作過多的解釋了，這裏重點解釋一下前面沒遇到過的代碼。

void chatterCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg)

{

ROS_INFO("I heard: [%s]",msg->data.c_str());

}

這是一個回調函數，當有消息到達chatter話題時會自動被調用一次，這個回調函數裏面就是一句話，用來打印從話題中訂閱的消息數據。

ros::Subscriber chatter_sub = nh.subscribe("chatter", 1000,chatterCallback);

這句話告訴ros節點管理器咱們將會從chatter這個話題中訂閱消息，當有消息到達時會自動調用這裏指定的chatterCallback回調函數。這裏的參數1000是表示訂閱序列的大小，若是消息處理的速度不夠快，緩衝區中的消息大於1000個的話就會開始丟棄先前接收的消息。

ros::spin();

這一句話讓程序進入自循環的掛起狀態，從而讓程序以最好的效率接收消息並調用回調函數。若是沒有消息到達，這句話不會佔用不少CPU資源，因此這句話能夠放心使用。一旦ros::ok()被觸發而返回false，ros::spin()的掛起狀態將中止並自動跳出。簡單點說，程序執行到這一句，就在這裏不斷自循環，與此同時檢查是否有消息到達並決定是否調用回調函數。

（3）功能包的編譯配置及編譯

建立功能包topic_example時，顯式的指明依賴roscpp和std_msgs，依賴會被默認寫到功能包的CMakeLists.txt和package.xml中，因此只須要在CMakeLists.txt文件的末尾行加入如下幾句用於聲明可執行文件就能夠了：

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

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

接下來，就能夠用下面的命令對功能包進行編譯了：

cd ~/catkin_ws/
catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES="topic_example"

（4）功能包的啓動運行

首先，須要用roscore命令來啓動ROS節點管理器，ROS節點管理器是全部節點運行的基礎。

打開命令行終端，輸入命令：

roscore

而後，用source devel/setup.bash激活catkin_ws工做空間，用rosrun <package_name> <node_name>啓動功能包中的發佈節點。

再打開一個命令行終端，分別輸入命令：

cd ~/catkin_ws/
source devel/setup.bash
rosrun topic_example publish_node

看到有輸出「how are you ...」，就說明發布節點已經正常啓動並開始不斷向chatter話題發佈消息數據，如圖17。

（圖17）發佈節點已經正常啓動

最後，用source devel/setup.bash激活catkin_ws工做空間，用rosrun <package_name> <node_name>啓動功能包中的訂閱節點。

再打開一個命令行終端，分別輸入命令：

cd ~/catkin_ws/
source devel/setup.bash
rosrun topic_example subscribe_node

看到有輸出「I heard:[how are you ...]」，就說明訂閱節點已經正常啓動並開始不斷從chatter話題接收消息數據，如圖18。

（圖18）訂閱節點已經正常啓動

到這裏，咱們編寫的消息發佈器和訂閱器就大功告成了，爲了加深對整個程序工做流程的理解，我再把消息發佈與訂閱的ROS通訊網絡結構圖拿出來，加深一下理解。

（圖19）消息發佈與訂閱ROS通訊網絡結構圖

後記

------SLAM+語音機器人DIY系列【目錄】快速導覽------

第1章：Linux基礎

第2章：ROS入門

3.在ubuntu16.04中安裝ROS kinetic

4.如何編寫ROS的第一個程序hello_world

5.編寫簡單的消息發佈器和訂閱器

6.編寫簡單的service和client

7.理解tf的原理

8.理解roslaunch在大型項目中的做用

9.熟練使用rviz

10.在實際機器人上運行ROS高級功能預覽

第3章：感知與大腦

第4章：差分底盤設計

第5章：樹莓派3開發環境搭建

1.安裝系統ubuntu_mate_16.04

2.安裝ros-kinetic

3.裝機後一些實用軟件安裝和系統設置

4.PC端與robot端ROS網絡通訊

5.Android手機端與robot端ROS網絡通訊

6.樹莓派USB與tty串口號綁定

7.開機自啓動ROS節點

第6章：SLAM建圖與自主避障導航

1.在機器人上使用傳感器

2.google-cartographer機器人SLAM建圖

3.ros-navigation機器人自主避障導航

第7章：語音交互與天然語言處理

第8章：高階拓展

2.centos7下部署Django(nginx+uwsgi+django+python3)

----------------文章將持續更新，敬請關注-----------------

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