SLAM+语音机器人DIY系列：（二）ROS入门——5.编写简单的消息发布器和订阅器

时间 2019-11-10

标签 slam 语音机器人 diy 系列 ros 入门编写简单消息发布订阅繁體版

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摘要

ROS机器人操做系统在机器人应用领域很流行，依托代码开源和模块间协做等特性，给机器人开发者带来了很大的方便。咱们的机器人“miiboo”中的大部分程序也采用ROS进行开发，因此本文就重点对ROS基础知识进行详细的讲解，给不熟悉ROS的朋友起到一个抛砖引玉的做用。本章节主要内容：html

1.ROS是什么node

2.ROS系统总体架构python

3.在ubuntu16.04中安装ROS kineticnginx

4.如何编写ROS的第一个程序hello_worlddjango

5.编写简单的消息发布器和订阅器编程

6.编写简单的service和clientubuntu

7.理解tf的原理centos

8.理解roslaunch在大型项目中的做用bash

9.熟练使用rviz网络

10.在实际机器人上运行ROS高级功能预览

5.编写简单的消息发布器和订阅器

经过上一节编写ROS的第一个程序hello_world，咱们对ROS的整个编程开发过程有了基本的了解，如今咱们就来编写真正意义上的使用ROS进行节点间通讯的程序。因为以前已经建好了catkin_ws这样一个工做空间，之后开发的功能包都将放在这里面，这里给新建的功能包取名为topic_example，在这个功能包中分别编写两个节点程序publish_node.cpp和subscribe_node.cpp，发布节点（publish_node）向话题（chatter）发布std_msgs::String类型的消息，订阅节点（subscribe_node）从话题（chatter）订阅std_msgs::String类型的消息，这里消息传递的具体内容是一句问候语“how are you ...”，通讯网络结构如图16。

（图16）消息发布与订阅ROS通讯网络结构图

（1）功能包的建立

在catkin_ws/src/目录下新建功能包topic_example，并在建立时显式的指明依赖roscpp和std_msgs。打开命令行终端，输入命令：

cd ~/catkin_ws/src/

#建立功能包topic_example时，显式的指明依赖roscpp和std_msgs，
#依赖会被默认写到功能包的CMakeLists.txt和package.xml中
catkin_create_pkg topic_example roscpp std_msgs

（2）功能包的源代码编写

功能包中须要编写两个独立可执行的节点，一个节点用来发布消息，另外一个节点用来订阅消息，因此须要在新建的功能包topic_example/src/目录下新建两个文件publish_node.cpp和subscribe_node.cpp，并将下面的代码分别填入。

首先，介绍发布节点publish_node.cpp，代码内容以下：

 1 #include "ros/ros.h" 
 2 #include "std_msgs/String.h" 
 3 
 4 #include <sstream>
 5 
 6 int main(int argc, char **argv) 
 7 {
 8   ros::init(argc, argv, "publish_node");
 9   ros::NodeHandle nh;
10 
11   ros::Publisher chatter_pub = nh.advertise<std_msgs::String>("chatter", 1000);
12   ros::Rate loop_rate(10);
13   int count = 0;
14 
15   while (ros::ok()) 
16   {
17     std_msgs::String msg;
18 
19     std::stringstream ss; 
20     ss << "how are you " << count; 
21     msg.data = ss.str();
22     ROS_INFO("%s", msg.data.c_str());
23   
24     chatter_pub.publish(msg);
25   
26     ros::spinOnce();
27     loop_rate.sleep();
28     ++count;
29   }
30 
31   return 0;
32 }

对发布节点代码进行解析。

#include "ros/ros.h"

这一句是包含头文件ros/ros.h，这是ROS提供的C++客户端库，是必须包含的头文件。

#include "std_msgs/String.h"

因为代码中须要使用ROS提供的标准消息类型std_msgs::String，因此须要包含此头文件。

ros::init(argc, argv, "publish_node");

这一句是初始化ros节点并指明节点的名称，这里给节点取名为publish_node，一旦程序运行后就能够在ros的计算图中被注册为publish_node名称标识的节点。

ros::NodeHandle nh;

这一句是声明一个ros节点的句柄，初始化ros节点必须的。

ros::Publisher chatter_pub = nh.advertise<std_msgs::String>("chatter", 1000);

这句话告诉ros节点管理器咱们将会在chatter这个话题上发布std_msgs::String类型的消息。这里的参数1000是表示发布序列的大小，若是消息发布的太快，缓冲区中的消息大于1000个的话就会开始丢弃先前发布的消息。

ros::Rate loop_rate(10);

这句话是用来指定自循环的频率，这里的参数10 表示10Hz频率，须要配合该对象的sleep()方法来使用。

while (ros::ok()) {...}

roscpp会默认安装以SIGINT句柄，这句话就是用来处理由ctrl+c键盘操做、该节点被另外一同名节点踢出ROS网络、ros::shutdown()被程序在某个地方调用、全部ros::NodeHandle句柄都被销毁等触发而使ros::ok()返回false值的状况。

std_msgs::String msg;

定义了一个std_msgs::String消息类型的对象，该对象有一个数据成员data用于存放咱们即将发布的数据。要发布出去的数据将被填充到这个对象的data成员中。

chatter_pub.publish(msg);

利用定义好的发布器对象将消息数据发布出去，这一句执行后，ROS网络中的其余节点即可以收到此消息中的数据。

ros::spinOnce();

这一句是让回调函数有机会被执行的声明，这个程序里面并无回调函数，因此这一句能够不要，这里只是为了程序的完整规范性才放上来的。

loop_rate.sleep();

前面讲过，这一句是经过休眠来控制自循环的频率的。

接着，介绍订阅节点subscribe_node.cpp，代码内容以下：

 1 #include "ros/ros.h" 
 2 #include "std_msgs/String.h" 
 3 
 4 void chatterCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg)
 5 {
 6   ROS_INFO("I heard: [%s]",msg->data.c_str());
 7 }
 8 
 9 int main(int argc, char **argv) 
10 {
11   ros::init(argc, argv, "subscribe_node");
12   ros::NodeHandle nh;
13 
14   ros::Subscriber chatter_sub = nh.subscribe("chatter", 1000,chatterCallback);
15 
16   ros::spin();
17 
18   return 0;
19 }

对订阅节点代码进行解析。

以前解释过的相似的代码就不作过多的解释了，这里重点解释一下前面没遇到过的代码。

void chatterCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg)

{

ROS_INFO("I heard: [%s]",msg->data.c_str());

}

这是一个回调函数，当有消息到达chatter话题时会自动被调用一次，这个回调函数里面就是一句话，用来打印从话题中订阅的消息数据。

ros::Subscriber chatter_sub = nh.subscribe("chatter", 1000,chatterCallback);

这句话告诉ros节点管理器咱们将会从chatter这个话题中订阅消息，当有消息到达时会自动调用这里指定的chatterCallback回调函数。这里的参数1000是表示订阅序列的大小，若是消息处理的速度不够快，缓冲区中的消息大于1000个的话就会开始丢弃先前接收的消息。

ros::spin();

这一句话让程序进入自循环的挂起状态，从而让程序以最好的效率接收消息并调用回调函数。若是没有消息到达，这句话不会占用不少CPU资源，因此这句话能够放心使用。一旦ros::ok()被触发而返回false，ros::spin()的挂起状态将中止并自动跳出。简单点说，程序执行到这一句，就在这里不断自循环，与此同时检查是否有消息到达并决定是否调用回调函数。

（3）功能包的编译配置及编译

建立功能包topic_example时，显式的指明依赖roscpp和std_msgs，依赖会被默认写到功能包的CMakeLists.txt和package.xml中，因此只须要在CMakeLists.txt文件的末尾行加入如下几句用于声明可执行文件就能够了：

add_executable(publish_node src/publish_node.cpp)
target_link_libraries(publish_node ${catkin_LIBRARIES})

add_executable(subscribe_node src/subscribe_node.cpp)
target_link_libraries(subscribe_node ${catkin_LIBRARIES})

接下来，就能够用下面的命令对功能包进行编译了：

cd ~/catkin_ws/
catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES="topic_example"

（4）功能包的启动运行

首先，须要用roscore命令来启动ROS节点管理器，ROS节点管理器是全部节点运行的基础。

打开命令行终端，输入命令：

roscore

而后，用source devel/setup.bash激活catkin_ws工做空间，用rosrun <package_name> <node_name>启动功能包中的发布节点。

再打开一个命令行终端，分别输入命令：

cd ~/catkin_ws/
source devel/setup.bash
rosrun topic_example publish_node

看到有输出“how are you ...”，就说明发布节点已经正常启动并开始不断向chatter话题发布消息数据，如图17。

（图17）发布节点已经正常启动

最后，用source devel/setup.bash激活catkin_ws工做空间，用rosrun <package_name> <node_name>启动功能包中的订阅节点。

再打开一个命令行终端，分别输入命令：

cd ~/catkin_ws/
source devel/setup.bash
rosrun topic_example subscribe_node

看到有输出“I heard:[how are you ...]”，就说明订阅节点已经正常启动并开始不断从chatter话题接收消息数据，如图18。

（图18）订阅节点已经正常启动

到这里，咱们编写的消息发布器和订阅器就大功告成了，为了加深对整个程序工做流程的理解，我再把消息发布与订阅的ROS通讯网络结构图拿出来，加深一下理解。

（图19）消息发布与订阅ROS通讯网络结构图

后记

------SLAM+语音机器人DIY系列【目录】快速导览------

第1章：Linux基础

第2章：ROS入门

3.在ubuntu16.04中安装ROS kinetic

4.如何编写ROS的第一个程序hello_world

5.编写简单的消息发布器和订阅器

6.编写简单的service和client

7.理解tf的原理

8.理解roslaunch在大型项目中的做用

9.熟练使用rviz

10.在实际机器人上运行ROS高级功能预览

第3章：感知与大脑

第4章：差分底盘设计

第5章：树莓派3开发环境搭建

1.安装系统ubuntu_mate_16.04

2.安装ros-kinetic

3.装机后一些实用软件安装和系统设置

4.PC端与robot端ROS网络通讯

5.Android手机端与robot端ROS网络通讯

6.树莓派USB与tty串口号绑定

7.开机自启动ROS节点

第6章：SLAM建图与自主避障导航

1.在机器人上使用传感器

2.google-cartographer机器人SLAM建图

3.ros-navigation机器人自主避障导航

第7章：语音交互与天然语言处理

第8章：高阶拓展

2.centos7下部署Django(nginx+uwsgi+django+python3)

----------------文章将持续更新，敬请关注-----------------

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