03 ROS Publisher-Topic-Subscriber实例

本文涉及的产品
资源编排,不限时长
简介: 关于ROS(机器人操作系统)中发布者-订阅者模式的教程,详细讲解了如何创建功能包、编写发布者和订阅者的源码、定义和使用自定义消息类型,以及编译和运行发布者和订阅者节点的过程。

零、Topic机制

1.Publisher向MASTER注册,包含将要发布的Topic名称
2.Subscriber向MASTER注册,包含要订阅的Topic名称
3.ROS MASTER根据Subscriber的订阅要求查找并等待对应的Topic出现,则向Subscriber发送Publisher的RPC地址信息
4.Subscriber向Publisher发起连接请求,传输要订阅的Topic名称、所需的消息类型
5.Publisher向Subscriber确认信息,并发送自我的TCP地址
6.Subscriber接收到确认信息,开始尝试与Publisher的TCP连接
7.Publisher向Subscriber发送话题消息数据

一、发布

1.新建功能包

catkin_create_pkg learning_topic roscpp rospy std_msgs geometry_msgs turtlesim

反馈:

Created file learning_topic/package.xml
Created file learning_topic/CMakeLists.txt
Created folder learning_topic/include/learning_topic
Created folder learning_topic/src
Successfully created files in /home/hermanye/learning_topic. 
Please adjust the values in package.xml.

2.新建源码文件

在功能包src文件夹下新建源码文件publisher_example.cpp

touch publisher_example.cpp

3.编写源码

  1. 初始化ROS节点
  2. 向ROS Master注册节点信息(话题名、所用的消息类型等)
  3. 初始化消息数据
  4. 按设定的频率循环发布
/*
Publish a topic named turtle1/cmd_vel,the type of the message is geometry_msgs::Twist
*/
#include<ros/ros.h>//包含了大量的ROS头文件
#include<geometry_msgs/Twist.h>//包含Twist类型的消息结构头文件

//the main function
int main(int argc,char **argv)
{
   
    //ROS initialize
    ros::init(argc,argv,"velocity_publisher");//前两参数为命令行或launch文件输入的参数,可用于重映射等功能

    //create NodeHandle
    //NodeHandle is used to recognize Nodes for APIs
    ros::NodeHandle n;//节点句柄用于使用和管理节点资源

    //create a publisher
    //the publisher public a topic named /turtle1/cmd_vel
    //the type of the message is geometry_msgs::Twist
    //length of the message line is 10
    ros::Publisher turtle_vel_pub = n.advertise<geometry_msgs::Twist>("/turtle1/cmd_vel",10);
    //向MASTER注册publisher名为 turtle_vel_pub,告诉系统,消息类型为geometry_msgs::Twist,将要发布的话题名为/turtle1/cmd_vel,队列大小为10

    //set rotation speed
    ros::Rate loop_rate(10);
    //之后调用Rate::sleep()时,ros会根据这里设置的频率来调整休眠时间

    int count = 0;
    while(ros::ok())
    {
       
        //set the content of the message
        //initialize message,type of the message is geometry_msgs::Twist
        geometry_msgs::Twist vel_msg;//初始化数据结构并进行封装
        vel_msg.linear.x=0.5;
        vel_msg.angular.z=0.2;

        //publish message
        turtle_vel_pub.publish(vel_msg);

        //print information
        ROS_INFO("Publish turtle velocity command[%0.2f m/s,%0.2f rad/s]",vel_msg.linear.x,vel_msg.angular.z);

        //delay
        loop_rate.sleep();

    }

}

4.修改CMakeLists

修改当前功能包所在位置的CMakeLists.txt
在build部分添加如下命令

add_executable用于设置源码和生成的可执行文件
target_link_libraries用于链接库

# add_executable(exename,cpp)
# compile cpp to a executable file named exename
#target_link_libraries(exename ${catkin_LIBRARIES})
# link the file to ROS Libraries
add_executable(velocity_publisher src/velocity_publisher.cpp)
target_link_libraries(velocity_publisher ${
   catkin_LIBRARIES})

5.开始编译

在工作空间catkin_ws目录下

catkin_make

6.添加到环境变量

刷新了新文件到环境变量便于后续使用时访问

source /home/hermanye/catkin_ws/devel/setup.bash

一劳永逸的办法:
Ctrl + H解锁隐藏文件显示
打开系统目录下的.bashrc文件
在其中输入
/home/hermanye/catkin_ws对应自己系统下的catkin_ws文件夹目录

source /home/hermanye/catkin_ws/devel/setup.bash

快捷输入到.bashrc的命令:

echo "source /home/hermanye/catkin_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc

此时重新打开终端即可自动执行该命令
避免多次重复输入

二、订阅

1.新建源码文件

在功能包src文件夹下新建源码文件pose_subscriber.cpp

touch pose_subscriber.cpp

2.编写源码

  1. 初始化节点
  2. 订阅话题
  3. 循环等待话题消息
  4. 收到消息后进入回调函数执行对应操作
gedit pose_subscriber.cpp
/*
This is a subscriber for topic named /turtle1/pose
the type of the message is turtlesim::Pose
*/

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

//callback function,when the subsciber receive msgs,it will call this function
void poseCallBack(const turtlesim::Pose::ConstPtr& msg)//回调函数部分,当检测到相关Topic发布时,回调函数触发了
{
   
    //print out the info of turtle
    ROS_INFO("Turtle Pose: x:%0.3f,y:%0.3f",msg->x,msg->y);

}

int main(int argc,char **argv)
{
   
    //ROS init
    ros::init(argc,argv,"pose_subscriber");

    //create nodehandle
    ros::NodeHandle n;

    //create a subscriber,named /turtle1/pose
    //register the callback function
    //the length of line is 10
    ros::Subscriber pose_sub = n.subscribe("/turtle1/pose",10,poseCallBack);
    //注册Subscriber,名为pose_sub,接受的Topic名为/turtle1/pose",缓冲队列长度10,触发回调函数poseCallBack
    //waiting for the interrupt function trigger
    ros::spin();
    //建议每个节点都加,用于处理所有的回调函数
    return 0;


}

4.修改CMakeLists

修改当前功能包所在位置的CMakeLists.txt
在build部分添加如下命令

# add_executable(exename,cpp)
# compile cpp to a executable file named exename
# target_link_libraries(exename ${catkin_LIBRARIES})
# link the file to ROS Libraries
add_executable(pose_subscriber src/pose_subscriber.cpp)
target_link_libraries(pose_subscriber ${
   catkin_LIBRARIES})

5.编译

三、话题消息的定义与使用

消息类型元功能包common_mesgs下有许多不同的消息类型
标准数据类型std_msgs 几何学数据类型geometry_msgs 传感器数据类型sensor_msgs
也可以自定义消息类型

1.定义消息

在功能包目录下建立msg文件夹用于存放.msg文件
Person.msg源码
编译后生成Person消息类型

string name
uint8 sex
uint8 age

uint8 unknown = 0
uint8 male = 1
uint8 female =2

2.修改package.xml文件

动态编译生成msg的功能包依赖
运行依赖runtime功能包

<build_depend>message_generation</build_depend>
<exec_depend>message_runtime</exec_depend>

3.修改CMakeLists.txt文件

1.在此处

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

添加

add_message_files(FILES Person.msg)
generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs)

将Person定义成消息接口
以及添加编译时所需要的依赖包

2.在此处

###################################
## catkin specific configuration ##
###################################

修改catkin_package为
去掉了#,添加了message_runtime的catkin包编译依赖

catkin_package(
#  INCLUDE_DIRS include
#  LIBRARIES learning_topic
  CATKIN_DEPENDS geometry_msgs roscpp rospy std_msgs turtlesim message_runtime
#  DEPENDS system_lib
)

4.编写pub和sub的源码

发布者:

/*
Publish a topic named /person_info,the type of the message is learning_topic::Person
*/
#include<ros/ros.h>
#include<learning_topic/Person.h>

//the main function
int main(int argc,char **argv)
{
   
    //ROS initialize
    ros::init(argc,argv,"person_publisher");

    //create NodeHandle
    //NodeHandle is used to recognize Nodes for APIs
    ros::NodeHandle n;

    //create a publisher
    //the publisher public a topic named /person_info
    //the type of the message is learning_topic::Person
    //length of the message line is 10
    ros::Publisher person_info_pub = n.advertise<learning_topic::Person>("/person_info",10);

    //set rotation speed
    ros::Rate loop_rate(10);

    int count = 0;
    while(ros::ok())
    {
       
        //set the content of the message
        //initialize message,type of the message is learning_topic::Person
        learning_topic::Person person_msg;
        person_msg.name="Herman";
        person_msg.age = 66;
        person_msg.sex = learning_topic::Person::male;

        //publish message
        person_info_pub.publish(person_msg);

        //print information
        //c_str()is used to trans person_msg.name into string type in c
        ROS_INFO("Publishing Person Info:\nname:%s age:%d sex:%d",person_msg.name.c_str(),person_msg.age,person_msg.sex);

        //delay
        loop_rate.sleep();

    }



}

订阅者:

/*
This is a subscriber for topic named /person_info
the type of the message is learning_topic::Person
*/

#include<ros/ros.h>
#include "learning_topic/Person.h"

//callback function,when the subsciber receive msgs,it will call this function
void PersonInfoCallBack(const learning_topic::Person::ConstPtr& msg)
{
   
    //print out the info of person
    ROS_INFO("Person_INFO:\nname:%s age:%d sex:%d",msg->name.c_str(),msg->age,msg->sex);

}

int main(int argc,char **argv)
{
   
    //ROS init
    ros::init(argc,argv,"person_subscriber");

    //create nodehandle
    ros::NodeHandle n;

    //create a subscriber,named person_subscriber
    //subscribe the topic:/person_info
    //register the callback function
    //the length of line is 10
    ros::Subscriber person_info_sub = n.subscribe("/person_info",10,PersonInfoCallBack);

    //waiting for the interrupt function trigger
    ros::spin();

    return 0;


}

值得注意的是此处string需特殊声明为.c_str() 否则无法识别会产生乱码

5.继续修改CMakeLists.txt文件

add_executable(person_publisher src/person_publisher.cpp)
target_link_libraries(person_publisher ${
   catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(person_publisher ${
   PROJECT_NAME}_generate_messages_cpp)
add_executable(person_subscriber src/person_subscriber.cpp)
target_link_libraries(person_subscriber ${
   catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(person_publisher ${
   PROJECT_NAME}_generate_messages_cpp)

此处添加message的依赖
add_dependencies(person_publisher ${PROJECT_NAME}_generate_messages_cpp)
具体作用暂不明

6.编译、运行

rosmsg show Person

查看Person消息类型

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