【ROSチュートリアル】トピックコミュニケーション

---

1. プロセス

トピック通信は、ROS で最も頻繁に使用される通信モードであり、トピック通信はパブリッシュ/サブスクライブ モデルに基づいています。つまり、1 つのノードがメッセージをパブリッシュし、別のノードがそのメッセージをサブスクライブします。ROS では、トピック通信の実装には次の手順のみが必要です。

1. パブリッシュするデータ型を決定するには、通常、.msg ファイルをカスタマイズし、CMakeLists.txt ファイルと package.xml ファイルを変更して、再コンパイルする必要があります。
2. パブリッシャーとサブスクライバーの cpp ファイルを書き込み、CMakeLists.txt ファイルを変更して再コンパイルします。
3. パブリッシャ ノードとサブスクライバ ノードを別々に起動します。順序は重要ではありません。

2. 公開データをカスタマイズする

ROS 通信プロトコルでは、データ キャリアは重要なコンポーネントであり、一部のネイティブ データ型は std_msgs を通じて ROS にカプセル化されます。ただし、これらのデータには通常、データ フィールドが 1 つしか含まれておらず、単一の構造は機能の制限を意味します。複雑なデータを送信する場合、std_msgs は記述性が乏しいため無力です。このシナリオでは、メッセージ タイプの定義から .msg ファイルを作成する必要があります。

2.1 std_msgs 組み込み型

• 組み込み型と C++ および Python の対応:

プリミティブ型	C++	パイソン
ブール	uint8_t	ブール
あなた8	int8_t	整数
uint8	uint8_t	整数
int16	int16_t	整数
uint16	uint16_t	整数
int32	uint32_t	整数
uint64	uint64_t	長い整数
float32	浮く	浮く
float64	ダブル	浮く
弦	std::文字列	strバイト
時間	ロス::タイム	ロスピタイム
間隔	ロス::持続時間	rospy.期間

• 組み込み型の配列と C++ および Python との対応:

プリミティブ型	C++	パイソン
可変長	std::vector	タプル
固定長	boost::array<T, length>またはstd::vector	タプル

2.2 .msg ファイルの書き込み

例は次のとおりです。

#文件名Person.msg
string name
uint16 age
float64 height

2.3 package.xml ファイルを変更する

• 次のコンパイル依存関係が存在するかどうかを確認します

<build_depend>message_generation</build_depend>

• 以下の実行依存関係が存在するかどうかを確認します

<exec_depend>message_generation</exec_depend>

2.3.1 完全な package.xml ファイル

<?xml version="1.0"?>
<package format="2">
  <name>chat</name>
  <version>0.0.0</version>
  <description>The chat package</description>

  <!-- One maintainer tag required, multiple allowed, one person per tag -->
  <!-- Example:  -->
  <!-- <maintainer email="[email protected]">Jane Doe</maintainer> -->
  <maintainer email="[email protected]">xu736946693</maintainer>


  <!-- One license tag required, multiple allowed, one license per tag -->
  <!-- Commonly used license strings: -->
  <!--   BSD, MIT, Boost Software License, GPLv2, GPLv3, LGPLv2.1, LGPLv3 -->
  <license>TODO</license>


  <!-- Url tags are optional, but multiple are allowed, one per tag -->
  <!-- Optional attribute type can be: website, bugtracker, or repository -->
  <!-- Example: -->
  <!-- <url type="website">http://wiki.ros.org/chat</url> -->


  <!-- Author tags are optional, multiple are allowed, one per tag -->
  <!-- Authors do not have to be maintainers, but could be -->
  <!-- Example: -->
  <!-- <author email="[email protected]">Jane Doe</author> -->


  <!-- The *depend tags are used to specify dependencies -->
  <!-- Dependencies can be catkin packages or system dependencies -->
  <!-- Examples: -->
  <!-- Use depend as a shortcut for packages that are both build and exec dependencies -->
  <!--   <depend>roscpp</depend> -->
  <!--   Note that this is equivalent to the following: -->
  <!--   <build_depend>roscpp</build_depend> -->
  <!--   <exec_depend>roscpp</exec_depend> -->
  <!-- Use build_depend for packages you need at compile time: -->
  <!--   <build_depend>message_generation</build_depend> -->
  <!-- Use build_export_depend for packages you need in order to build against this package: -->
  <!--   <build_export_depend>message_generation</build_export_depend> -->
  <!-- Use buildtool_depend for build tool packages: -->
  <!--   <buildtool_depend>catkin</buildtool_depend> -->
  <!-- Use exec_depend for packages you need at runtime: -->
  <!--   <exec_depend>message_runtime</exec_depend> -->
  <!-- Use test_depend for packages you need only for testing: -->
  <!--   <test_depend>gtest</test_depend> -->
  <!-- Use doc_depend for packages you need only for building documentation: -->
  <!--   <doc_depend>doxygen</doc_depend> -->
  <buildtool_depend>catkin</buildtool_depend>
  <build_depend>message_generation</build_depend>
  <build_depend>roscpp</build_depend>
  <build_depend>rospy</build_depend>
  <build_depend>std_msgs</build_depend>
  <build_export_depend>roscpp</build_export_depend>
  <build_export_depend>rospy</build_export_depend>
  <build_export_depend>std_msgs</build_export_depend>
  <exec_depend>message_generation</exec_depend>
  <exec_depend>roscpp</exec_depend>
  <exec_depend>rospy</exec_depend>
  <exec_depend>std_msgs</exec_depend>


  <!-- The export tag contains other, unspecified, tags -->
  <export>
    <!-- Other tools can request additional information be placed here -->

  </export>
</package>

2.4 CMakeLists.txt ファイルを変更する

2.4.1 find_package コマンドの変更

# 需要加入 message_generation,必须有 std_msgs
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
  roscpp
  rospy
  std_msgs
  message_generation
)

2.4.2 add_message_files命令の追加

## 配置 msg 源文件
add_message_files(
  FILES
  Person.msg
)

2.4.3generate_messages ディレクティブの追加

generate_messages(
  DEPENDENCIES
  std_msgs
)

2.4.4 catkin_package ディレクティブを変更する

#执行时依赖
catkin_package(
#  INCLUDE_DIRS include
#  LIBRARIES demo02_talker_listener
  CATKIN_DEPENDS roscpp rospy std_msgs message_runtime
#  DEPENDS system_lib
)

このうち、add_message_files 命令は、generate_messages 命令の前に置く必要があり、その後、ワークスペース ディレクトリでコンパイルできます。

2.5 ヘッダー ファイルの表示

上記の手順を完了すると、${workspace}/devel/include/${package}/図に示すようにヘッダー ファイルがディレクトリに表示されます。

• 表示されない場合は、次の手順を実行できません。このとき、${workspace}/ディレクトリ内のbuildディレクトリとdevelディレクトリをすべて削除し、再コンパイルするだけで済みます。

rm -rf build/
rm -rf devel/
catkin_make

3.cppファイルの書き込み

3.1 機能パッケージディレクトリファイルツリー

3.2 CMakeLists.txt ファイルを変更する

3.2.1 add_executable ディレクティブの追加

add_executable(publisher
        src/publisher.cpp)
add_executable(listener
        src/listener.cpp)

3.2.2 add_dependency ディレクティブを追加する

add_dependencies(publisher ${
    
    PROJECT_NAME}_generate_messages_cpp)
add_dependencies(listener ${
    
    PROJECT_NAME}_generate_messages_cpp)

3.2.3 target_link_libraries ディレクティブの追加

target_link_libraries(person_talker
  ${
    
    catkin_LIBRARIES}
)
target_link_libraries(person_listener
  ${
    
    catkin_LIBRARIES}
)

3.2.4 完全な CMakeLists.txt

• これらのステートメントの多くは、catkin_make によって自動的に生成されます。

cmake_minimum_required(VERSION 3.0.2)
project(chat)

## Compile as C++11, supported in ROS Kinetic and newer
# add_compile_options(-std=c++11)

## Find catkin macros and libraries
## if COMPONENTS list like find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS xyz)
## is used, also find other catkin packages
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
  roscpp
  rospy
  std_msgs
  message_generation
)


## System dependencies are found with CMake's conventions
# find_package(Boost REQUIRED COMPONENTS system)


## Uncomment this if the package has a setup.py. This macro ensures
## modules and global scripts declared therein get installed
## See http://ros.org/doc/api/catkin/html/user_guide/setup_dot_py.html
# catkin_python_setup()

################################################
## Declare ROS messages, services and actions ##
################################################

## To declare and build messages, services or actions from within this
## package, follow these steps:
## * Let MSG_DEP_SET be the set of packages whose message types you use in
##   your messages/services/actions (e.g. std_msgs, actionlib_msgs, ...).
## * In the file package.xml:
##   * add a build_depend tag for "message_generation"
##   * add a build_depend and a exec_depend tag for each package in MSG_DEP_SET
##   * If MSG_DEP_SET isn't empty the following dependency has been pulled in
##     but can be declared for certainty nonetheless:
##     * add a exec_depend tag for "message_runtime"
## * In this file (CMakeLists.txt):
##   * add "message_generation" and every package in MSG_DEP_SET to
##     find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS ...)
##   * add "message_runtime" and every package in MSG_DEP_SET to
##     catkin_package(CATKIN_DEPENDS ...)
##   * uncomment the add_*_files sections below as needed
##     and list every .msg/.srv/.action file to be processed
##   * uncomment the generate_messages entry below
##   * add every package in MSG_DEP_SET to generate_messages(DEPENDENCIES ...)

# Generate messages in the 'msg' folder
 add_message_files(
   FILES
   Person.msg
 )

## Generate services in the 'srv' folder
# add_service_files(
#   FILES
#   Service1.srv
#   Service2.srv
# )

## Generate actions in the 'action' folder
# add_action_files(
#   FILES
#   Action1.action
#   Action2.action
# )

## Generate added messages and services with any dependencies listed here
# 生成消息时依赖于 std_msgs
generate_messages(
        DEPENDENCIES
        std_msgs
)


################################################
## Declare ROS dynamic reconfigure parameters ##
################################################

## To declare and build dynamic reconfigure parameters within this
## package, follow these steps:
## * In the file package.xml:
##   * add a build_depend and a exec_depend tag for "dynamic_reconfigure"
## * In this file (CMakeLists.txt):
##   * add "dynamic_reconfigure" to
##     find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS ...)
##   * uncomment the "generate_dynamic_reconfigure_options" section below
##     and list every .cfg file to be processed

## Generate dynamic reconfigure parameters in the 'cfg' folder
# generate_dynamic_reconfigure_options(
#   cfg/DynReconf1.cfg
#   cfg/DynReconf2.cfg
# )

###################################
## catkin specific configuration ##
###################################
## The catkin_package macro generates cmake config files for your package
## Declare things to be passed to dependent projects
## INCLUDE_DIRS: uncomment this if your package contains header files
## LIBRARIES: libraries you create in this project that dependent projects also need
## CATKIN_DEPENDS: catkin_packages dependent projects also need
## DEPENDS: system dependencies of this project that dependent projects also need
#执行时依赖
catkin_package(
        #  INCLUDE_DIRS include
        #  LIBRARIES demo02_talker_listener
        CATKIN_DEPENDS roscpp rospy std_msgs message_runtime
        #  DEPENDS system_lib
)


###########
## Build ##
###########

## Specify additional locations of header files
## Your package locations should be listed before other locations
include_directories(
# include
  ${
    
    catkin_INCLUDE_DIRS}
)

## Declare a C++ library
# add_library(${
      
      PROJECT_NAME}
#   src/${
      
      PROJECT_NAME}/pkg1.cpp
# )

## Add cmake target dependencies of the library
## as an example, code may need to be generated before libraries
## either from message generation or dynamic reconfigure
# add_dependencies(${
      
      PROJECT_NAME} ${
      
      ${
      
      PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS} ${
      
      catkin_EXPORTED_TARGETS})

## Declare a C++ executable
## With catkin_make all packages are built within a single CMake context
## The recommended prefix ensures that target names across packages don't collide
# add_executable(${
      
      PROJECT_NAME}_node src/pkg1_node.cpp)
add_executable(publisher
        src/publisher.cpp)
add_executable(listener
        src/listener.cpp)

## Rename C++ executable without prefix
## The above recommended prefix causes long target names, the following renames the
## target back to the shorter version for ease of user use
## e.g. "rosrun someones_pkg node" instead of "rosrun someones_pkg someones_pkg_node"
# set_target_properties(${
      
      PROJECT_NAME}_node PROPERTIES OUTPUT_NAME node PREFIX "")

## Add cmake target dependencies of the executable
## same as for the library above
# add_dependencies(${
      
      PROJECT_NAME}_node ${
      
      ${
      
      PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS} ${
      
      catkin_EXPORTED_TARGETS})
add_dependencies(publisher ${
    
    PROJECT_NAME}_generate_messages_cpp)
add_dependencies(listener ${
    
    PROJECT_NAME}_generate_messages_cpp)

## Specify libraries to link a library or executable target against
# target_link_libraries(${
      
      PROJECT_NAME}_node
#   ${
    
    catkin_LIBRARIES}
# )

#############
## Install ##
#############

# all install targets should use catkin DESTINATION variables
# See http://ros.org/doc/api/catkin/html/adv_user_guide/variables.html

## Mark executable scripts (Python etc.) for installation
## in contrast to setup.py, you can choose the destination
# catkin_install_python(PROGRAMS
#   scripts/my_python_script
#   DESTINATION ${
      
      CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION}
# )

## Mark executables for installation
## See http://docs.ros.org/melodic/api/catkin/html/howto/format1/building_executables.html
# install(TARGETS ${
      
      PROJECT_NAME}_node
#   RUNTIME DESTINATION ${
      
      CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION}
# )

## Mark libraries for installation
## See http://docs.ros.org/melodic/api/catkin/html/howto/format1/building_libraries.html
# install(TARGETS ${
      
      PROJECT_NAME}
#   ARCHIVE DESTINATION ${
      
      CATKIN_PACKAGE_LIB_DESTINATION}
#   LIBRARY DESTINATION ${
      
      CATKIN_PACKAGE_LIB_DESTINATION}
#   RUNTIME DESTINATION ${
      
      CATKIN_GLOBAL_BIN_DESTINATION}
# )

## Mark cpp header files for installation
# install(DIRECTORY include/${
      
      PROJECT_NAME}/
#   DESTINATION ${
      
      CATKIN_PACKAGE_INCLUDE_DESTINATION}
#   FILES_MATCHING PATTERN "*.h"
#   PATTERN ".svn" EXCLUDE
# )

## Mark other files for installation (e.g. launch and bag files, etc.)
# install(FILES
#   # myfile1
#   # myfile2
#   DESTINATION ${
      
      CATKIN_PACKAGE_SHARE_DESTINATION}
# )

#############
## Testing ##
#############

## Add gtest based cpp test target and link libraries
# catkin_add_gtest(${
      
      PROJECT_NAME}-test test/test_pkg1.cpp)
# if(TARGET ${
      
      PROJECT_NAME}-test)
#   target_link_libraries(${
      
      PROJECT_NAME}-test ${
      
      PROJECT_NAME})
# endif()
target_link_libraries(publisher
        ${
    
    catkin_LIBRARIES}
        )

target_link_libraries(listener
        ${
    
    catkin_LIBRARIES}
        )

## Add folders to be run by python nosetests
# catkin_add_nosetests(test)

3.3 パブリッシャー cpp

例は次のとおりです。

/*
    需求: 实现基本的话题通信，一方发布数据，一方接收数据，
         实现的关键点:
         1.发送方
         2.接收方
         3.数据

         PS: 二者需要设置相同的话题


    消息发布方:
        循环发布信息:HelloWorld 后缀数字编号

    实现流程:
        1.包含头文件
        2.初始化 ROS 节点:命名(唯一)
        3.实例化 ROS 句柄
        4.实例化 发布者 对象
        5.组织被发布的数据，并编写逻辑发布数据

*/
// 1.包含头文件
#include "ros/ros.h"
#include "chat/Person.h"

int main(int argc, char  *argv[])
{
    
    
    //设置编码
    setlocale(LC_ALL,"");

    //2.初始化 ROS 节点:命名(唯一)
    // 参数1和参数2 后期为节点传值会使用
    // 参数3 是节点名称，是一个标识符，需要保证运行后，在 ROS 网络拓扑中唯一
    ros::init(argc,argv,"talker");
    //3.实例化 ROS 句柄
    ros::NodeHandle nh;//该类封装了 ROS 中的一些常用功能

    //4.实例化 发布者 对象
    //泛型: 发布的消息类型
    //参数1: 要发布到的话题
    //参数2: 队列中最大保存的消息数，超出此阀值时，先进的先销毁(时间早的先销毁)
    ros::Publisher pub = nh.advertise<chat::Person>("chatter",10);

    //5.组织被发布的数据，并编写逻辑发布数据
    //数据(动态组织)
    chat::Person p;
    p.name = "sunwukong";
    p.age = 2000;
    p.height = 1.45;

    //逻辑(一秒1次)
    ros::Rate r(1);

    //节点不死
    while (ros::ok())
    {
    
    
        //发布消息
        pub.publish(p);
        //加入调试，打印发送的消息
        ROS_INFO("我叫:%s,今年%d岁,高%.2f米", p.name.c_str(), p.age, p.height);p.age++;
        //根据前面制定的发送贫频率自动休眠 休眠时间 = 1/频率；
        r.sleep();
        //暂无应用
        ros::spinOnce();
    }


    return 0;
}

3.4 加入者 cpp

例は次のとおりです。

/*
    需求: 实现基本的话题通信，一方发布数据，一方接收数据，
         实现的关键点:
         1.发送方
         2.接收方
         3.数据


    消息订阅方:
        订阅话题并打印接收到的消息

    实现流程:
        1.包含头文件
        2.初始化 ROS 节点:命名(唯一)
        3.实例化 ROS 句柄
        4.实例化 订阅者 对象
        5.处理订阅的消息(回调函数)
        6.设置循环调用回调函数

*/
// 1.包含头文件
#include "ros/ros.h"
#include "chat/Person.h"

void doMsg(const chat::Person::ConstPtr& person_p){
    
    
    ROS_INFO("订阅的人信息:%s, %d, %.2f", person_p->name.c_str(), person_p->age, person_p->height);
}
int main(int argc, char  *argv[])
{
    
    
    //设置编码
    setlocale(LC_ALL,"");
    //2.初始化 ROS 节点:命名(唯一)
    ros::init(argc,argv,"listener");
    //3.实例化 ROS 句柄
    ros::NodeHandle nh;

    //4.实例化 订阅者 对象
    ros::Subscriber sub = nh.subscribe<chat::Person>("chatter",10,doMsg);
    //5.处理订阅的消息(回调函数)

    //     6.设置循环调用回调函数
    ros::spin();//循环读取接收的数据，并调用回调函数处理

    return 0;
}

4.効果

• 実行ファイルが見つからない場合は、作業ディレクトリ内のbuildフォルダとdevelフォルダを削除して再コンパイルしてください。