ROS三种通信方式初体验

Enterprise 2023-05-08 06:48:17 views: null

文章目录

前言

环境：
1、ubuntu20.0.4
2、ros
3、vscode

一、工作空间与功能包的创建

1、工作空间的创建

  • alt+n新建一个终端用于创建工作空间;
    在这里插入图片描述
  • 代码：
	mkdir -p ~/catkin_ws/src#创建文件夹
	cd ~/catkin_ws/src#进入目录
	catkin_init_workspace#初始化，使其成为ROS的工作空间
  • 回到上一级目录编译工作空间：
cd ..
catkin_make
  • 错误：

在这里插入图片描述

  • 分析：

在ubuntu系统中，存在两个python；python2.7和python3.8；又装了一个conda后，出现了第三个版本的python3.9，所以需要改为指定采用下面的命令。

catkin_make -DPYTHON_EXECUTABLE=/usr/bin/python3
  • 工作空间编译成功：
    在这里插入图片描述
  • 此时文件目录发生变化：
    在这里插入图片描述
  • 输入code打开进行编程：

在这里插入图片描述

  • 设置环境变量：
source devel/setup.bash
  • 检测环境变量：
echo $ROS_PACKAGE_PATH

2、功能包的创建

进入src目录下键入下面命令创建功能包
在这里插入图片描述

catkin_create_pkg learning_communication std_msgs rospy roscpp
#格式分别是catkin_create_pkg+功能包名+定义的标准的数据结构+提供的编程接口
  • 查看功能包文件夹：
    在这里插入图片描述
  • 编译功能包：
  • 回到上一级目录编译功能包：
    在这里插入图片描述
cd ~/catkin_ws
catkin_make
  • 编译成功：
    在这里插入图片描述

二、话题编程

1.创建发布者

1、初始化ROS节点
2、向ROS Master注册节点信息，包括发布的话题名和话题中的消息类型
3、按照一定频率循环发布消息

  • 新建talker.cpp文件：
    在这里插入图片描述
  • 代码：
#include<sstream>
#include"ros/ros.h"
#include"std_msgs/String.h"
int main(int argc,char **argv)
{
    
    
	setlocale(LC_CTYPE, "zh_CN.utf8");
	//ROS节点初始化
	ros::init(argc,argv,"talker");
	//创建节点句柄
	ros::NodeHandle n;
	//创建一个Publisher，发布名为chatter的topic，消息类型为std_msgs::String
	ros::Publisher chatter_pub=n.advertise<std_msgs::String>("chatter",1000);
	//设置循环的频率
	ros::Rate loop_rate(10);
	int count=0;
	while(ros::ok())
	{
    
    
		//初始化std_msgs::String类型的消息
		std_msgs::String msg;
		std::stringstream ss;
		ss<<"你好：混子王江江！"<<count;
		msg.data=ss.str();
		//发布消息
		ROS_INFO("%s",msg.data.c_str());
		chatter_pub.publish(msg);
		//循环等待回调函数
		ros::spinOnce();
		//接受循环频率延时
		loop_rate.sleep();
		++count;
	}
	return 0;
}

2.创建订阅者

1、初始化ROS节点
2、订阅需要的话题
3、循环等待话题消息，接受到消息后进行回调函数回调函数中完成消息处理

  • 新建listener.cpp文件：
    在这里插入图片描述
  • 代码：
#include"ros/ros.h"
#include"std_msgs/String.h"
//接收到订阅的消息，会进入消息的回调函数
void chatterCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg)
{
    
    
	//将接收到的消息打印处理
	ROS_INFO("I heard:{%s}",msg->data.c_str());
}
int main(int argc,char **argv)
{
    
    
	setlocale(LC_CTYPE, "zh_CN.utf8");
	//初始化ROS节点
	ros::init(argc,argv,"listener");
	//创建节点句柄
	ros::NodeHandle n;
	//创建一个Subscriber，订阅名为chatter的topic，注册回调函数chatterCallback
	ros::Subscriber sub=n.subscribe("chatter",1000,chatterCallback);
	//循环等待回调函数
	ros::spin();
	return 0;
}

3、修改CMakeLists.txt文件内容

  • 在下面位置输入下面的内容：
    在这里插入图片描述
add_executable(talker src/talker.cpp)
target_link_libraries(talker ${
    
    catkin_LIBRARIES})
add_executable(listener src/listener.cpp)
target_link_libraries(listener ${
    
    catkin_LIBRARIES})
  • 键入catkin_make编译：

在这里插入图片描述

编译成功！

4、测试

  • 打开三个终端测试：

roscore
rosrun learning_communication talker
rosrun learning_communication listener

在这里插入图片描述

测试成功！

三、服务编程

1、定义服务请求与应答的方式

  • List item
  • 创建srv目录及AddTwoInts.srv文件：
    在这里插入图片描述
  • AddTwoInts.srv文件内容：
int64 a
int64 b
---
int64 sum
  • 在package.xml中添加功能包依赖：
<build_depend>message_generation</build_depend>
<exec_depend>message_runtime</exec_depend>
  • 修改CMakeLists.txt文件内容：

在这里插入图片描述

message_generation

在这里插入图片描述

CATKIN DEPENDS roscpp rospy std msgs message runtime

在这里插入图片描述

add_service_files(
   FILES  AddTowInts.srv
#   Service1.srv
#   Service2.srv
 )

2、创建服务端

1、初始化ROS节点
2、创建Serve实例
3、循环等待服务请求，进入回调函数
4、在回调函数中完成服务功能的处理，并反馈应答数据

  • server.cpp文件：
#include<ros/ros.h>
#include"learning_communication/AddTwoInts.h"
//service回调函数，输入参数req，输出参数res
bool add(learning_communication::AddTwoInts::Request &req,learning_communication::AddTwoInts::Response &res)
{
    
    
	//将输入的参数中的请求数据相加，结果放到应答变量中
	res.sum=req.a+req.b;
	ROS_INFO("request: x=%1d,y=%1d",(long int)req.a,(long int)req.b);
	ROS_INFO("sending back response:[%1d]",(long int)res.sum);
	return true;
}
int main(int argc,char **argv)
{
    
    
	//ROS节点初始化
	ros::init(argc,argv,"add_two_ints_server");
	//创建节点句柄
	ros::NodeHandle n;
	//创建一个名为add_two_ints的server,注册回调函数add()
	ros::ServiceServer service=n.advertiseService("add_two_ints",add);
	//循环等待回调函数
	ROS_INFO("Ready to add two ints.");
	ros::spin();
	return 0;
}

3、创建客户端

1、初始化ROS节点
2、创建一个Client实例
3、发布服务请求数据
4、等待Serve处理之后的应答结果

  • client.cpp文件：
#include<cstdlib>
#include<ros/ros.h>
#include"learning_communication/AddTwoInts.h"
int main(int argc,char **argv)
{
    
    
	//ROS节点初始化
	ros::init(argc,argv,"add_two_ints_client");
	//从终端命令行获取两个加数
	if(argc!=3)
	{
    
    
		ROS_INFO("usage:add_two_ints_client X Y");
		return 1;
	}
	//创建节点句柄
	ros::NodeHandle n;
	//创建一个client，请求add_two_ints_service
	//service消息类型是learning_communication::AddTwoInts
	ros::ServiceClient client=n.serviceClient<learning_communication::AddTwoInts>("add_two_ints");
	//创建learning_communication::AddTwoInts类型的service消息
	learning_communication::AddTwoInts srv;
	srv.request.a=atoll(argv[1]);
	srv.request.b=atoll(argv[2]);
	//发布service请求，等待加法运算的应答请求
	if(client.call(srv))
	{
    
    
		ROS_INFO("sum: %1d",(long int)srv.response.sum);
	}
	else
	{
    
    
		ROS_INFO("Failed to call service add_two_ints");
		return 1;
	}
	return 0;
}
  • 设置CMakeLists.txt文件：

在这里插入图片描述

  • 代码：
add_executable(server src/server.cpp)
target_link_libraries(server ${
    
    catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(server ${
    
    PROJECT_NAME}_gencpp)

add_executable(client src/client.cpp)
target_link_libraries(client ${
    
    catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(client ${
    
    PROJECT_NAME}_gencpp)
  • 编译通过：
    在这里插入图片描述

4、测试

  • 开三个终端进行测试：
roscore
rosrun learning_communication server
rosrun learning_communication client 整数1 整数2
  • 效果：
    在这里插入图片描述

四、动作编程

  • 任务：

客户端发送一个运动坐标，模拟机器人运动到目标位置的过程。包括服务端和客户端的代码实现，要求带有实时位置反馈。

1、新建action文件夹和TurtleMove.action文件

在这里插入图片描述

  • 代码：
# Define the goal
float64 turtle_target_x  # Specify Turtle's　target position
float64 turtle_target_y
float64 turtle_target_theta
---
# Define the result
float64 turtle_final_x
float64 turtle_final_y
float64 turtle_final_theta
---
# Define a feedback message
float64 present_turtle_x
float64 present_turtle_y
float64 present_turtle_theta

2、 新建turtleMove.cpp服务文件：

在这里插入图片描述

  • 代码：
/*  
　　　此程序通过通过动作编程实现由client发布一个目标位置
　　　然后控制Turtle运动到目标位置的过程
 */
#include <ros/ros.h>
#include <actionlib/server/simple_action_server.h>
#include "learning_communication/TurtleMoveAction.h"
#include <turtlesim/Pose.h> 
#include <turtlesim/Spawn.h>
#include <geometry_msgs/Twist.h>
 
typedef actionlib::SimpleActionServer<learning_communication::TurtleMoveAction> Server;
 
struct Myturtle
{
    
    
    float x;
    float y;
    float theta;
}turtle_original_pose,turtle_target_pose;
 
ros::Publisher turtle_vel;
 
void posecallback(const turtlesim::PoseConstPtr& msg) 
{
    
     
  ROS_INFO("Turtle1_position:(%f,%f,%f)",msg->x,msg->y,msg->theta);
  turtle_original_pose.x=msg->x; 
  turtle_original_pose.y=msg->y;
  turtle_original_pose.theta=msg->theta;
 }
 
// 收到action的goal后调用该回调函数
void execute(const learning_communication::TurtleMoveGoalConstPtr& goal, Server* as)
{
    
    
    learning_communication::TurtleMoveFeedback feedback;
 
    ROS_INFO("TurtleMove is working.");
    turtle_target_pose.x=goal->turtle_target_x;
    turtle_target_pose.y=goal->turtle_target_y; 
    turtle_target_pose.theta=goal->turtle_target_theta;
    
    geometry_msgs::Twist vel_msgs;
    float break_flag;
    
    while(1)
    {
    
      
        ros::Rate r(10);
        
        vel_msgs.angular.z = 4.0 * (atan2(turtle_target_pose.y-turtle_original_pose.y,
                                   turtle_target_pose.x-turtle_original_pose.x)-turtle_original_pose.theta);
        vel_msgs.linear.x = 0.5 * sqrt(pow(turtle_target_pose.x-turtle_original_pose.x, 2) +
                                      pow(turtle_target_pose.y-turtle_original_pose.y, 2)); 
        break_flag=sqrt(pow(turtle_target_pose.x-turtle_original_pose.x, 2) +
                                        pow(turtle_target_pose.y-turtle_original_pose.y, 2));
        turtle_vel.publish(vel_msgs);
 
        feedback.present_turtle_x=turtle_original_pose.x;
        feedback.present_turtle_y=turtle_original_pose.y;
        feedback.present_turtle_theta=turtle_original_pose.theta;
        as->publishFeedback(feedback);
        ROS_INFO("break_flag=%f",break_flag);
        if(break_flag<0.1) break;
        r.sleep();
    }
        // 当action完成后，向客户端返回结果
        ROS_INFO("TurtleMove is finished.");
        as->setSucceeded();
}
 
int main(int argc, char** argv)
{
    
    
    ros::init(argc, argv, "TurtleMove");
    ros::NodeHandle n,turtle_node;
    ros::Subscriber sub = turtle_node.subscribe("turtle1/pose",10,&posecallback); //订阅小乌龟的位置信息
    turtle_vel = turtle_node.advertise<geometry_msgs::Twist>("turtle1/cmd_vel",10);//发布控制小乌龟运动的速度
    // 定义一个服务器
        Server server(n, "TurtleMove", boost::bind(&execute, _1, &server), false);
        // 服务器开始运行
        server.start();
        ROS_INFO("server has started.");
    ros::spin();
 
    return 0;
}

3、新建turtleMoveClient.cpp文件，用于发布位置：

在这里插入图片描述

  • 代码：
#include <actionlib/client/simple_action_client.h>
#include "learning_communication/TurtleMoveAction.h"
#include <turtlesim/Pose.h> 
#include <turtlesim/Spawn.h>
#include <geometry_msgs/Twist.h>
 
typedef actionlib::SimpleActionClient<learning_communication::TurtleMoveAction> Client;
 
struct Myturtle
{
    
    
    float x;
    float y;
    float theta;
}turtle_present_pose;
 
// 当action完成后会调用该回调函数一次
void doneCb(const actionlib::SimpleClientGoalState& state,
        const learning_communication::TurtleMoveResultConstPtr& result)
{
    
    
    ROS_INFO("Yay! The TurtleMove is finished!");
    ros::shutdown();
}
 
// 当action激活后会调用该回调函数一次
void activeCb()
{
    
    
    ROS_INFO("Goal just went active");
}
 
// 收到feedback后调用该回调函数
void feedbackCb(const learning_communication::TurtleMoveFeedbackConstPtr& feedback)
{
    
    
    ROS_INFO(" present_pose : %f  %f  %f", feedback->present_turtle_x,
                   feedback->present_turtle_y,feedback->present_turtle_theta);
}
 
int main(int argc, char** argv)
{
    
    
    ros::init(argc, argv, "TurtleMove_client");
 
    // 定义一个客户端
    Client client("TurtleMove", true);
 
    // 等待服务器端
    ROS_INFO("Waiting for action server to start.");
    client.waitForServer();
    ROS_INFO("Action server started, sending goal.");
 
    // 创建一个action的goal
    learning_communication::TurtleMoveGoal goal;
    goal.turtle_target_x = 1;
    goal.turtle_target_y = 1;
    goal.turtle_target_theta = 0;
 
    // 发送action的goal给服务器端，并且设置回调函数
    client.sendGoal(goal,  &doneCb, &activeCb, &feedbackCb);
 
    ros::spin();
 
    return 0;
}

4、修改CMakeList.txt文件

在这里插入图片描述

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
  roscpp
  rospy
  std_msgs
  message_generation
  actionlib_msgs
  actionlib
)

在这里插入图片描述

add_action_files(
	 FILES TurtleMove.action
)

generate_messages(
   DEPENDENCIES
   std_msgs
   actionlib_msgs
 )

在这里插入图片描述

add_executable(turtleMoveClient src/turtleMoveClient.cpp)
target_link_libraries(turtleMoveClient ${
    
    catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(turtleMoveClient ${
    
    PROJECT_NAME}_gencpp)
add_executable(turtleMove src/turtleMove.cpp)
target_link_libraries(turtleMove ${
    
    catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(turtleMove ${
    
    PROJECT_NAME}_gencpp)
  • 修改package.xml文件：
    在这里插入图片描述
  <build_depend>message_generation</build_depend>
  <build_depend>actionlib</build_depend>
  <build_depend>actionlib_msgs</build_depend>
  
  <exec_depend>message_runtime</exec_depend>
  <exec_depend>actionlib</exec_depend>
  <exec_depend>actionlib_msgs</exec_depend>
  • 编译成功：
    在这里插入图片描述

5、测试

依次打开四个终端运行：

roscore
rosrun turtlesim turtlesim_node
rosrun learning_communication turtleMove
rosrun learning_communication turtleMoveClient

在这里插入图片描述

五、总结

这里学习了三种通信方式，话题、服务、动作等三种方式，我觉得难度在一级级的增加。通过这次作业，对三种通信方式的具体实现步骤有了更加清晰的了解，尤其对Cmaketext的文件的理解更深入。不足的是这次的分布式通信没有完成，总是出现各种各样的问题、ping不通或者是控制不了，云服务和其他电脑都试过了都不行，等下次看能不能实现在发表博客。

六、参考资料

ROS基础——话题、服务、动作编程

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Origin blog.csdn.net/qq_52215423/article/details/129597502
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