ROS（一）Topic 通訊

ROS系統起源於2007年斯坦福大學人工智能實驗室的項目與機器人技術公司Willow Garage的我的機器人項目（Personal Robots Program）之間的合做，2008年以後就由Willow Garage來進行推進。

ROS是開源的，是用於機器人的一種後操做系統，或者說次級操做系統。它提供相似操做系統所提供的功能，包含硬件抽象描述、底層驅動程序管理、共用功能的執行、程序間的消息傳遞、程序發行包管理，它也提供一些工具程序和庫用於獲取、創建、編寫和運行多機整合的程序。

瞭解ROS的幾個概念：

1. 功能包(Package)：至關於一個C++工程，包含程序文件，編譯描述文件，配置文件等。

2. 功能包集(Stack)：實現某種功能的多個功能包集合，例如導航功能包，是ROS軟件發佈的主要形式。

3. 節點(Node)：可執行文件。位於功能包中，實現功能的最小單位，.cpp 和.py文件轉換爲可執行文件後才能夠變爲node。

4. 主題(Topic)和服務(Service)：節點間通訊的兩種方式。主題實現節點之間的單向通訊，服務包括請求(Request)和響應(Response)的雙向通訊。

5. 消息(Msg)：節點之間通訊的內容，至關於C語言中的結構體。

安裝ROS，不贅述，參考官方網站，目前主流使用的是Ubuntu14.04+ROS indigo版本。

ROS會有本身的功能包命令，相似於bash命令，經常使用的有

rospack
roscd
rosls
catkin_create_pkg
catkin_make

roscore
rosrun
rosnode
rosmsg/rossrv
rostopic/rosservice
rosparam
roslaunch
rosbag 

具體的操做參考官方文檔，這裏主要使用catkin建立一個簡單的主題發佈訂閱的功能包。節點之間的通訊關係以下圖所示：

 

目前ROS的官方編譯系統是catkin，功能包分配更加合理，支持交叉編譯，可移植性好。

mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd ~/catkin_ws/src
catkin_init_workspace

cd ~/catkin_ws
// 空的工程也能夠編譯
catkin_make
// 更新環境變量，將當前工做空間加入$ROS_PACKAGE_PATH
source devel/setup.bash

catkin_create_pkg my_topic_test std_msgs roscpp rospy
// 打開my_topic_test功能包，重要的是編譯描述文件CMakeLists.txt和配置文件package.xml

// 建立完功能包後，須要編譯該功能包，能夠編譯整個空間中的功能包，也能夠只編譯指定的功能包
cd ~/catkin_ws
catkin_make
// catkin_make --pkg my_topic_test

具體實現node在src目錄下，新建兩個文件分別爲talker.cpp, listener.cpp。注意最後須要修改CMakeLists.txt文件。

// publisher: talker
#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"
#include <sstream>

int main(int argc, char** argv)
{
    ros::init(argc, argv, "talker");
    ros::NodeHandle n;
    ros::Publisher my_pub = n.advertise<std_msgs::String>("my_topic", 100);
    ros::Rate loop_rate(1);
    int cnt = 1;
    std_msgs::String msg;
    while(ros::ok())
    {
        std::stringstream ss;
        if((cnt%2)==0) ss << "false " << cnt;
        else ss << "true";
        msg.data = ss.str();
        ROS_INFO("%s", msg.data.c_str());
        my_pub.publish(msg);
        loop_rate.sleep();
        cnt = cnt + 1;
    }
    return 0;
}

// subscriber: listener
#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"

void MyTopicCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg)
{
    ROS_INFO("I heard: [%s]", msg->data.c_str());
}

int main(int argc, char** argv)
{
    ros::init(argc, argv, "listener");
    ros::NodeHandle n;
    ros::Subscriber my_sub = n.subscribe("my_topic", 100, MyTopicCallback);
    ros::spin();
    return 0;
}

因爲咱們沒有使用本身定義的消息類型，因此package.xml文件不須要更改，CMakeLists.txt文件也比較簡單：

cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)
project(my_topic_test)

## Find catkin and any catkin packages
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS roscpp rospy std_msgs genmsg)

### Declare ROS messages and services
#add_message_files(FILES xx.msg)
#add_service_files(FILES xx.srv)

## Generate added messages and services
generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs)

## Declare a catkin package
catkin_package()

## Build talker and listener
include_directories(include ${catkin_INCLUDE_DIRS})

add_executable(talker src/talker.cpp)
target_link_libraries(talker ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(talker beginner_tutorials_generate_messages_cpp)

add_executable(listener src/listener.cpp)
target_link_libraries(listener ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(listener beginner_tutorials_generate_messages_cpp)

注意

其中find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS roscpp rospy std_msgs genmsg)和include_directories(include ${catkin_INCLUDE_DIRS})的順序不能改變。否則會找不到ros系統的頭文件。

從新編譯功能包後，驗證結果

roscore

rosrun my_topic_test talker

rosrun my_topic_test listener

發佈節點talker向主題my_topic發送消息，同時訂閱my_topic主題的節點接收到消息