【中央任务调度系统—通信开发】

简介: 【中央任务调度系统—通信开发】

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:

3.png


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:

3.2.png

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:

4.png


图4-1

整个系统通信方式如图4-2所示:

4.1.png


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:

4.3.png


图4-3


.4.png

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


相关实践学习
使用ROS创建VPC和VSwitch
本场景主要介绍如何利用阿里云资源编排服务,定义资源编排模板,实现自动化创建阿里云专有网络和交换机。
ROS入门实践
本课程将基于基础设施即代码 IaC 的理念,介绍阿里云自动化编排服务ROS的概念、功能和使用方式,并通过实际应用场景介绍如何借助ROS实现云资源的自动化部署,使得云上资源部署和运维工作更为高效。
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