一、 方案设计目标
学习socket通信、掌握C++编程、熟悉ROS通信机制，完成中央任务调度系统与ROS系统之间数据的交互。
二、 技术指标
上位机开发工具指定为Visual Studio或者Qt；
在Windows上创建客户端，ROS上创建服务器端；
开发上位机人机交互界面，最终实现Windows端“哈喽,轻舟机器人!”“Hello，AI Word!”“1024 1024 1024”等内容与ROS端互传。
三、 主要研究内容
开发上位机，选择Qt，实现效果如图3-1所示：
图3-1
关于TCP通信
该方案使用TCP通信，TCP协议全称: 传输控制协议, 顾名思义, 就是要对数据的传输进行一定的控制。TCP通信的开始过程可以简述为三次握手，其过程如下：
1, TCP服务器时刻准备接受客户端进程的连接请求, 此时服务器就进入了 LISTEN（监听）状态
2, TCP客户端进程向服务器发出连接请求报文，此时，TCP客户端进程进入了 SYN-SENT（同步已发送状态）状态。
3, TCP服务器收到请求报文后, 如果同意连接, 则发出确认报文。
4, TCP客户端进程收到确认后还, 要向服务器给出确认。
5, 此时，TCP连接建立，客户端进入ESTABLISHED（已建立连接）状态。当服务器收到客户端的确认后也进入ESTABLISHED状态，此后双方就可以开始通信了。
TCP断开连接可以概述为四次挥手：
1, 客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。此时客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。
2, 服务器收到连接释放报文，发出确认报文，此时服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。
3, 客户端收到服务器的确认请求后，此时客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最终数据）
4, 服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。
5, 客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。
6, 服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。双方就结束通信。
使用TCP通信将ROS作为服务端，Windows作为服务端，主要代码如下：
import socket import threading HOST = '192.168.31.22' # 默认本地IP PORT = 9877 class RecvThread(threading.Thread): def __init__(self, connection): threading.Thread.__init__(self) self.isEnd = 0 self.connection = connection def run(self): while True: recv_msg = self.connection.recv(1024) if recv_msg: buf = recv_msg.decode("gbk") print('[---Recv---]\n' + buf + '\n[---End---]') else: break self.isEnd = 1 print('\n Disconnection!!!') def main(): global HOST global PORT HOST = socket.gethostbyname(socket.gethostname()) print('欢迎使用江汉大学`轻舟机器人服务器端!') print('请输入本地IP, 回车空缺默认为:' + str(HOST)) ip = input('in:') if ip: HOST = str(ip) print('请输入端口号,回车空缺默认为:'+ str(PORT)) port = input('in:') if port: PORT = int(port) sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) sock.bind((HOST, PORT)) print('本地：' + str(sock.getsockname())) sock.listen(5) while True: connection, address = sock.accept() print('Connection success!') print('对方：' + str(connection.getpeername())) connection.send(b'welcome to server!') connection.send("我是轻舟机器人".encode("gbk")) t = RecvThread(connection) t.start() while t.isEnd == 0: buff = input() connection.send(buff.encode("gbk")) connection.close() sock.close() if __name__ == '__main__': main()
实现效果图3-2如下:
图3-2
至此已完成所有技术指标。
四、 技术创新点
在Windows上连接ROS小海龟并控制，Qt效果图如图4-1所示：
图4-1
整个系统通信方式如图4-2所示：
图4-2
主要代码如下：
from posixpath import split import rospy from geometry_msgs.msg import Twist # 发布的消息类型 import socket HOST = '192.168.31.22' # 默认本地IP PORT = 9866 if __name__ == "__main__": rospy.init_node("key_py") pub = rospy.Publisher("/tcp_cmd", Twist, queue_size=1000) rospy.Duration(3) HOST = socket.gethostbyname(socket.gethostname()) sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) sock.bind((HOST, PORT)) rospy.loginfo('本地：' + str(sock.getsockname())) sock.listen(5) # 发布数据 while not rospy.is_shutdown(): connection, address = sock.accept() rospy.loginfo('Connection success!') rospy.loginfo('对方：' + str(connection.getpeername())) while True: recv_msg = connection.recv(1024) if recv_msg: # rospy.loginfo(recv_msg.decode('gbk')) buff = recv_msg.decode('gbk') data = buff.split(',',5) data = list(map(float, data)) rospy.loginfo(data) # 创建数据 msg = Twist() msg.linear.x = data[0] msg.linear.y = data[1] msg.linear.z = data[2] msg.angular.x = data[3] msg.angular.y = data[4] msg.angular.z = data[5] pub.publish(msg) else: rospy.loginfo('\n Disconnection!!!') connection.close() break
实现效果如下图4-3、4-4所示：
图4-3
图4-4
五、 研究展望
自定义ROS机器人上位机跳读控制，控制阿克曼小车运动；
将上位机UI界面优化
