【ROS学习笔记8】通信机制实操

编程语言 2023-04-09 01:39:57 阅读次数: 0

【ROS学习笔记8】通信机制实操

文章目录

写在前面，本系列笔记参考的是AutoLabor的教程，具体项目地址在 这里

前言

通过编码实现乌龟运动控制，让小乌龟做圆周运动，如下所示：

一、话题发布

需求描述: 编码实现乌龟运动控制，让小乌龟做圆周运动。

实现分析:

  1. 乌龟运动控制实现，关键节点有两个，一个是乌龟运动显示节点 turtlesim_node，另一个是控制节点，二者是订阅发布模式实现通信的，乌龟运动显示节点直接调用即可，运动控制节点之前是使用的 turtle_teleop_key通过键盘 控制，现在需要自定义控制节点。
  2. 控制节点自实现时，首先需要了解控制节点与显示节点通信使用的话题与消息，可以使用ros命令结合计算图来获取。
  3. 了解了话题与消息之后，通过 C++ 或 Python 编写运动控制节点，通过指定的话题，按照一定的逻辑发布消息即可。

实现流程:

  1. 通过计算图结合ros命令获取话题与消息信息。
  2. 编码实现运动控制节点。
  3. 启动 roscore、turtlesim_node 以及自定义的控制节点，查看运行结果。

0、乌龟控制demo

分别再终端输入

rosrun turtlesim turtlesim_node
rosrun turtlesim turtle_teleop_key

1、话题与消息的获取

准备：先启动键盘控制乌龟运动案例

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通过rostopic list列出话题，获取话题：/turtle1/cmd_vel

rostopic list

再进行消息获取，获取消息类型：geometry_msgs/Twist

rostopic info /turtle1/cmd_vel

结果如下：

2、实现发布节点

Cpp的实现方案

/*
    编写 ROS 节点，控制小乌龟画圆

    准备工作:
        1.获取topic(已知: /turtle1/cmd_vel)
        2.获取消息类型(已知: geometry_msgs/Twist)
        3.运行前，注意先启动 turtlesim_node 节点

    实现流程:
        1.包含头文件
        2.初始化 ROS 节点
        3.创建发布者对象
        4.循环发布运动控制消息
*/

#include "ros/ros.h"
#include "geometry_msgs/Twist.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
    
    
    setlocale(LC_ALL,"");
    // 2.初始化 ROS 节点
    ros::init(argc,argv,"control");
    ros::NodeHandle nh;
    // 3.创建发布者对象
    ros::Publisher pub = nh.advertise<geometry_msgs::Twist>("/turtle1/cmd_vel",1000);
    // 4.循环发布运动控制消息
    //4-1.组织消息
    geometry_msgs::Twist msg;
    msg.linear.x = 1.0;
    msg.linear.y = 0.0;
    msg.linear.z = 0.0;

    msg.angular.x = 0.0;
    msg.angular.y = 0.0;
    msg.angular.z = 2.0;

    //4-2.设置发送频率
    ros::Rate r(10);
    //4-3.循环发送
    while (ros::ok())
    {
    
    
        pub.publish(msg);

        ros::spinOnce();
    }


    return 0;
}

Python的实现方案

#! /usr/bin/env python
"""
    编写 ROS 节点，控制小乌龟画圆

    准备工作:
        1.获取topic(已知: /turtle1/cmd_vel)
        2.获取消息类型(已知: geometry_msgs/Twist)
        3.运行前，注意先启动 turtlesim_node 节点

    实现流程:
        1.导包
        2.初始化 ROS 节点
        3.创建发布者对象
        4.循环发布运动控制消息

"""

import rospy
from geometry_msgs.msg import Twist

if __name__ == "__main__":
    # 2.初始化 ROS 节点
    rospy.init_node("control_circle_p")
    # 3.创建发布者对象
    pub = rospy.Publisher("/turtle1/cmd_vel",Twist,queue_size=1000)
    # 4.循环发布运动控制消息
    rate = rospy.Rate(10)
    msg = Twist()
    msg.linear.x = 1.0
    msg.linear.y = 0.0
    msg.linear.z = 0.0
    msg.angular.x = 0.0
    msg.angular.y = 0.0
    msg.angular.z = 0.5

    while not rospy.is_shutdown():
        pub.publish(msg)
        rate.sleep()

3、运行

  1. 启动roscore
  2. 启动乌龟显示节点
  3. 执行运动控制节点

二、话题订阅

需求描述: 已知turtlesim中的乌龟显示节点，会发布当前乌龟的位姿(窗体中乌龟的坐标以及朝向)，要求控制乌龟运动，并时时打印当前乌龟的位姿。

效果如下：

实现分析:

  1. 首先，需要启动乌龟显示以及运动控制节点并控制乌龟运动。
  2. 要通过ROS命令，来获取乌龟位姿发布的话题以及消息。
  3. 编写订阅节点，订阅并打印乌龟的位姿。

实现流程:

  1. 通过ros命令获取话题与消息信息。
  2. 编码实现位姿获取节点。
  3. 启动 roscore、turtlesim_node 、控制节点以及位姿订阅节点，控制乌龟运动并输出乌龟的位姿。

1、话题与消息的获取

获取话题：/turtle1/pose

rostopic list

获取消息类型：turtlesim/Pose

rostopic type /turtle1/pose

获取消息格式：

rosmsg info turtlesim/Pose

响应结果：

float32 x
float32 y
float32 theta
float32 linear_velocity
float32 angular_velocity

2、实现订阅节点

创建功能包需要依赖的功能包: roscpp rospy std_msgs turtlesim

Cpp实现：

/*  
    订阅小乌龟的位姿: 时时获取小乌龟在窗体中的坐标并打印
    准备工作:
        1.获取话题名称 /turtle1/pose
        2.获取消息类型 turtlesim/Pose
        3.运行前启动 turtlesim_node 与 turtle_teleop_key 节点

    实现流程:
        1.包含头文件
        2.初始化 ROS 节点
        3.创建 ROS 句柄
        4.创建订阅者对象
        5.回调函数处理订阅的数据
        6.spin
*/

#include "ros/ros.h"
#include "turtlesim/Pose.h"

void doPose(const turtlesim::Pose::ConstPtr& p){
    
    
    ROS_INFO("乌龟位姿信息:x=%.2f,y=%.2f,theta=%.2f,lv=%.2f,av=%.2f",
        p->x,p->y,p->theta,p->linear_velocity,p->angular_velocity
    );
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    
    
    setlocale(LC_ALL,"");
    // 2.初始化 ROS 节点
    ros::init(argc,argv,"sub_pose");
    // 3.创建 ROS 句柄
    ros::NodeHandle nh;
    // 4.创建订阅者对象
    ros::Subscriber sub = nh.subscribe<turtlesim::Pose>("/turtle1/pose",1000,doPose);
    // 5.回调函数处理订阅的数据
    // 6.spin
    ros::spin();
    return 0;
}

Python的实现：

#! /usr/bin/env python
"""
    订阅小乌龟的位姿: 时时获取小乌龟在窗体中的坐标并打印
    准备工作:
        1.获取话题名称 /turtle1/pose
        2.获取消息类型 turtlesim/Pose
        3.运行前启动 turtlesim_node 与 turtle_teleop_key 节点

    实现流程:
        1.导包
        2.初始化 ROS 节点
        3.创建订阅者对象
        4.回调函数处理订阅的数据
        5.spin

"""

import rospy
from turtlesim.msg import Pose

def doPose(data):
    rospy.loginfo("乌龟坐标:x=%.2f, y=%.2f,theta=%.2f",data.x,data.y,data.theta)

if __name__ == "__main__":

    # 2.初始化 ROS 节点
    rospy.init_node("sub_pose_p")

    # 3.创建订阅者对象
    sub = rospy.Subscriber("/turtle1/pose",Pose,doPose,queue_size=1000)
    #     4.回调函数处理订阅的数据
    #     5.spin
    rospy.spin()

3.运行

首先，启动 roscore；

然后启动乌龟显示节点，执行运动控制节点；

最后启动乌龟位姿订阅节点；

最终执行结果与演示结果类似。

三、服务调用

**需求描述: **编码实现向 turtlesim 发送请求，在乌龟显示节点的窗体指定位置生成一乌龟，这是一个服务请求操作。

效果如下：

实现分析:

  1. 首先，需要启动乌龟显示节点。
  2. 要通过ROS命令，来获取乌龟生成服务的服务名称以及服务消息类型。
  3. 编写服务请求节点，生成新的乌龟。

实现流程:

  1. 通过ros命令获取服务与服务消息信息。
  2. 编码实现服务请求节点。
  3. 启动 roscore、turtlesim_node 、乌龟生成节点，生成新的乌龟。

1、服务名称与服务消息获取

获取话题：/spawn

rosservice list

获取消息类型：turtlesim/Spawn

rosservice type /spawn

获取消息格式：

rossrv info turtlesim/Spawn

响应结果：

float32 x
float32 y
float32 theta
string name
---
string name

2、服务端实现

创建功能包需要依赖的功能包: roscpp rospy std_msgs turtlesim

Cpp的实现：

/*
    生成一只小乌龟
    准备工作:
        1.服务话题 /spawn
        2.服务消息类型 turtlesim/Spawn
        3.运行前先启动 turtlesim_node 节点

    实现流程:
        1.包含头文件
          需要包含 turtlesim 包下资源，注意在 package.xml 配置
        2.初始化 ros 节点
        3.创建 ros 句柄
        4.创建 service 客户端
        5.等待服务启动
        6.发送请求
        7.处理响应

*/

#include "ros/ros.h"
#include "turtlesim/Spawn.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
    
    
    setlocale(LC_ALL,"");
    // 2.初始化 ros 节点
    ros::init(argc,argv,"set_turtle");
    // 3.创建 ros 句柄
    ros::NodeHandle nh;
    // 4.创建 service 客户端
    ros::ServiceClient client = nh.serviceClient<turtlesim::Spawn>("/spawn");
    // 5.等待服务启动
    // client.waitForExistence();
    ros::service::waitForService("/spawn");
    // 6.发送请求
    turtlesim::Spawn spawn;
    spawn.request.x = 1.0;
    spawn.request.y = 1.0;
    spawn.request.theta = 1.57;
    spawn.request.name = "my_turtle";
    bool flag = client.call(spawn);
    // 7.处理响应结果
    if (flag)
    {
    
    
        ROS_INFO("新的乌龟生成,名字:%s",spawn.response.name.c_str());
    } else {
    
    
        ROS_INFO("乌龟生成失败！！！");
    }


    return 0;
}

Python的实现:

#! /usr/bin/env python
"""
    生成一只小乌龟
    准备工作:
        1.服务话题 /spawn
        2.服务消息类型 turtlesim/Spawn
        3.运行前先启动 turtlesim_node 节点

    实现流程:
        1.导包
          需要包含 turtlesim 包下资源，注意在 package.xml 配置
        2.初始化 ros 节点
        3.创建 service 客户端
        4.等待服务启动
        5.发送请求
        6.处理响应

"""

import rospy
from turtlesim.srv import Spawn,SpawnRequest,SpawnResponse

if __name__ == "__main__":
    # 2.初始化 ros 节点
    rospy.init_node("set_turtle_p")
    # 3.创建 service 客户端
    client = rospy.ServiceProxy("/spawn",Spawn)
    # 4.等待服务启动
    client.wait_for_service()
    # 5.发送请求
    req = SpawnRequest()
    req.x = 2.0
    req.y = 2.0
    req.theta = -1.57
    req.name = "my_turtle_p"
    try:
        response = client.call(req)
        # 6.处理响应
        rospy.loginfo("乌龟创建成功!，叫:%s",response.name)
    except expression as identifier:
        rospy.loginfo("服务调用失败")

3、运行

首先，启动 roscore；

然后启动乌龟显示节点；

最后启动乌龟生成请求节点；

最终执行结果与演示结果类似。

四、参数设置

需求描述: 修改turtlesim乌龟显示节点窗体的背景色，已知背景色是通过参数服务器的方式以 rgb 方式设置的。

效果如下：

实现分析:

  1. 首先，需要启动乌龟显示节点。
  2. 要通过ROS命令，来获取参数服务器中设置背景色的参数。
  3. 编写参数设置节点，修改参数服务器中的参数值。

实现流程:

  1. 通过ros命令获取参数。
  2. 编码实现服参数设置节点。
  3. 启动 roscore、turtlesim_node 与参数设置节点，查看运行结果。

1、参数名的获取

获取参数列表：

rosparam list

响应结果：

/turtlesim/background_b
/turtlesim/background_g
/turtlesim/background_r

2、参数修改

Cpp实现

/*
    注意命名空间的使用。

*/
#include "ros/ros.h"


int main(int argc, char *argv[])
{
    
    
    ros::init(argc,argv,"haha");

    ros::NodeHandle nh("turtlesim");
    //ros::NodeHandle nh;

    // ros::param::set("/turtlesim/background_r",0);
    // ros::param::set("/turtlesim/background_g",0);
    // ros::param::set("/turtlesim/background_b",0);

    nh.setParam("background_r",0);
    nh.setParam("background_g",0);
    nh.setParam("background_b",0);


    return 0;
}

Python的实现

#! /usr/bin/env python

import rospy

if __name__ == "__main__":
    rospy.init_node("hehe")
    # rospy.set_param("/turtlesim/background_r",255)
    # rospy.set_param("/turtlesim/background_g",255)
    # rospy.set_param("/turtlesim/background_b",255)
    rospy.set_param("background_r",255)
    rospy.set_param("background_g",255)
    rospy.set_param("background_b",255)  # 调用时，需要传入 __ns:=xxx

3、运行

首先，启动 roscore；

然后启动背景色设置节点；

最后启动乌龟显示节点；

最终执行结果与演示结果类似。

PS: 注意节点启动顺序，如果先启动乌龟显示节点，后启动背景色设置节点，那么颜色设置不会生效。

Reference

http://www.autolabor.com.cn/book/ROSTutorials/di-2-zhang-ros-jia-gou-she-ji/23-fu-wu-tong-xin/224-fu-wu-tong-xin-zi-ding-yi-srv-diao-yong-b-python.html

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转载自blog.csdn.net/qq_44940689/article/details/129262662
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