【嵌入式系统应用开发第2周作业】----ROS通信模式编程
文章目录
- 1.话题、服务模式的ROS程序设计实践
- 创建工作空间
- 话题编程
- 服务编程
- 2.ROS kinetic 动作编程实践
- 3.ROS实现多机通讯实践
- 4.总结
- 5.参考
1.话题、服务模式的ROS程序设计实践
创建工作空间
- 先介绍一下工作空间，简单地说吧，ROS workspace （工作空间）就是统一存放 ROS 文件的地方，比如一个项目的所有 ROS 文件最好都放在一个 workspace 中，便于统一管理、编译和调用
- 创建工作空间的代码：
mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd ~/catkin_ws/src
catkin_init_workspace
编译工作空间代码
cd ..
catkin_make
- 设置检查环境变量代码
source devel/setup.bash
echo $ROS_PACKAGE_PATH
- 创建功能包代码
cd ~/comm_ws/src
catkin_create_pkg learning_communication std_msgs rospy roscpp
编译功能包代码
cd ~/catkin_ws
catkin_make
source ~/catkin__ws/devel/setup.bash
话题编程
先了解一下话题通讯的流程
其次是话题编程的流程：
1、创建发布者（talker）;
2、创建订阅者（listener）;
3、添加编译选项;
4、运行可执行文件;通过例题进行实践：编写代码实现 ROS 中消息的发布与订阅: 创建一个发布者，每隔 100ms 依次发送斐波拉契数列的数字到话题/fibonacci 中;创建一个订阅者，订阅该话题，输出订阅结果。如，订阅者依次输出: 1 1 2 3 5 8 ··
自定义话题消息
先定义msg文件，在工作空间catkin_ws/src内learning_communication的功能包内创建文件夹msg，并在msg内创建文件number.msg文件，在把上面的文件内容复制进文件。
int32 number
在package.xml中添加动态生成message的功能包依赖
<build_depend>message_generation</build_depend>
<exec_depend>message_runtime</exec_depend>
在CMakeLists.txt添加编译选项
1.在findpacksge(……)结尾添加messagegeneration
2.在写有关于message内容下面添加
add_message_files(FILESnumber.msg
)
generate_messages(DEPENDENCIESstd_msgs
)在catkinpackage(….)结尾添加messageruntime
回到工作空间的根目录下编译生成相应的头文件
cd catkin_ws
catkin_make- 创建发布者和订阅者代码实现（C++）
在工作空间catkin*_ws/src内的learning_communication功能包src内创建文件编写代码
number_publisher.cpp：
#include<ros/ros.h>
#include"learning_communication/number.h"
int f(int count) {if (count == 1 || count == 2) {return 1;}else {return f(count - 2) + f(count - 1);}
}
int main(int argc, char** argv) {setlocale(LC_ALL,"");//ROS节点初始化ros::init(argc, argv, "number_publisher");//创建节点句柄ros::NodeHandle n;//创建一个publisher,发布名为/fibonacci的topic，消息类型为std_msgs::Int32,队>列长度为10ros::Publisher fibonacci_pub = n.advertise<learning_communication::number>("/fibonacci", 100);//设置循环频率ros::Rate loop_rate(10);int count = 1;while (ros::ok()) {//初始化geometry_sgs::Twist类型消息homework_pkg::number1 msg;msg.number = f(count);//发布消息fibonacci_pub.publish(msg);ROS_INFO("%d",msg.number);//按循环频率延时loop_rate.sleep();count++;}return 0;
}number_subscriber.cpp：
#include<ros/ros.h>
#include"learning_communication/number.h"
int f(int count) {if (count == 1 || count == 2) {return 1;}else {return f(count - 2) + f(count - 1);}
}
int main(int argc, char** argv) {setlocale(LC_ALL,"");//ROS节点初始化ros::init(argc, argv, "number_publisher");//创建节点句柄ros::NodeHandle n;//创建一个publisher,发布名为/fibonacci的topic，消息类型为std_msgs::Int32,队>列长度为10ros::Publisher fibonacci_pub = n.advertise<learning_communication::number>("/fibonacci", 100);//设置循环频率ros::Rate loop_rate(10);int count = 1;while (ros::ok()) {//初始化geometry_sgs::Twist类型消息homework_pkg::number1 msg;msg.number = f(count);//发布消息fibonacci_pub.publish(msg);ROS_INFO("%d",msg.number);//按循环频率延时loop_rate.sleep();count++;}return 0;
}- 编译测试
编译前先要在功能包内的CMakeList.txt内配置编译规则
设置需要编译的代码和生成的可执行文件，设置链接库
add_executable(number_publisher src/number_publisher.cpp)
target_link_libraries(number_publisher ${catkin_LIBRARIES})add_executable(number_subscriber src/number_subscriber.cpp)
target_link_libraries(number_subscriber ${catkin_LIBRARIES})回到根目录进行编译
cd catkin_ws
catkin_make
依次开三个终端跑命令
roscore
rosrun learning_communication number_publisher
rosrun learning_communication number_subscriber
运行结果：
服务编程
- 服务编程流程
1.创建服务器
2.创建客户端
3.添加编译选项
4.运行可执行程序
图示：
- 通过例题进行实践：编写代码实现 ROS 中的服务请求与答复: 创建服务端，注册 Service，当服务端收到客户端 Service 请求(携带整型参数 a.b) 后，服务端返回 a.b 的和给客户端，客户端输出结果。如，客户端给服务端 Service 发送参数 3,9，服务端返回 12，客户端输出: 12。
如何自定义服务数据 - 自定义服务数据
先定义srv文件
int32 num1
int32 num2
---
int32 sum
在工作空间catkin_ws/src内learning_communication功能包内创建文件夹srv，并在srv内创建文件number.srv文件，在把上面的文件内容复制进文件。
在package.xml中添加动态生成message的功能包依赖
<build_depend>message_generation</build_depend>
<exec_depend>message_runtime</exec_depend>在CMakeLists.txt添加编译选项
1.在findpacksge(……)结尾添加messagegeneration
2.在写有关于service内容下面添加
add_service_files(FILESnumber.srv
)
generate_messages(DEPENDENCIESstd_msgs
)在catkinpackage(….)结尾添加messageruntime
回到工作空间的根目录下编译生成相应的头文件
cd ~、catkin_ws
catkin_make- 创建服务端和客户端代码实现（C++）
在工作空间catkin_ws/src内learning_communication功能包src内创建文件编写代码
number_client.cpp：
#include "ros/ros.h"
#include "learning_communication/number.h"
int main(int argc, char **argv)
{// 初始化 ROS 节点ros::init(argc, argv, "xiaomei");// 创建 ROS 句柄ros::NodeHandle n;// 创建 客户端 对象ros::ServiceClient client = n.serviceClient<learning_communication::number>("number");// 提交请求并处理响应learning_communication::number a;//提交请求a.request.num1 = 3;a.request.num2 = 9;//处理响应bool flag = client.call(a);if (flag){ROS_INFO(" 响应成功！两个数的和为：%d", a.response.sum);}else{ROS_INFO("响应失败");}// ros::spin()循环等待回调函数ros::spin();
}number_server.cpp:
#include "ros/ros.h"
#include "learning_communication/number.h"// 回调函数：bool 返回值由于标志是否处理成功
bool Callback(learning_communication::number::Request& req,learning_communication::number::Response& resp)
{//1处理请求int num1 = req.num1;int num2 = req.num2;ROS_INFO("服务器接收到的请求数据为:num1 = %d, num2 = %d", num1, num2);//2组织响应int sum = num1 + num2;resp.sum = sum;ROS_INFO("两个数的和：sum = %d", sum);return true;
}int main(int argc, char **argv)
{// 初始化 ROS 节点ros::init(argc, argv, "number_Server");// 创建 ROS 句柄ros::NodeHandle n;// 创建 服务 对象ros::ServiceServer server = n.advertiseService("number", Callback);ROS_INFO("服务启动....");// 回调函数处理请求并产生响应// 由于请求有多个，需要调用 ros::spin()
}- 编译测试
编译前先要在功能包 learning_communication内的CMakeList.txt内配置编译规则
设置需要编译的代码和生成的可执行文件，设置链接库
add_executable(number_client src/number_client.cpp)
target_link_libraries(number_client ${catkin_LIBRARIES})add_executable(number_server src/number_server.cpp)
target_link_libraries(number_server ${catkin_LIBRARIES})addexecutable(numberclient src/numberclient.cpp)，src/numberclient.cpp是指的前面编写代码的文件，numberclient是设置src/numberclient.cpp编译后形成的可执行文件的名字
targetlinklibraries(numberclient ${catkinLIBRARIES})是将可执行文件与对应的链接库链接。
回到catkin_ws工作空间根目录下编译
cd ~/catkin_ws
catkin_make依次开三个终端跑命令
roscore
rosrun learning_communication number_client
rosrun learning_communication number_server
运行结果：
2.ROS kinetic 动作编程实践
目标：客户端发送一个运动目标，模拟机器人运动到目标位置的过程，带有实时位置反馈
- 创建工作区间
创建功能包：
mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd catkin_ws/src/
catkin_create_pkg learn_action std_msgs rospy roscpp编译功能包：
cd ~/catkin_ws
catkin_make
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
- 动作编程
定义action文件
在learn_action文件下创建action文件，在action文件下创建TurtleMove.action文件
在TurtleMove.action文件内输入代码:
# Define the goal
float64 turtle_target_x
# Specify Turtle's target position
float64 turtle_target_y
float64 turtle_target_theta
---
# Define the result
float64 turtle_final_x
float64 turtle_final_y
float64 turtle_final_theta
---
# Define a feedback message
float64 present_turtle_x
float64 present_turtle_y
float64 present_turtle_theta
在learn_actTurtleMove_server.cppion的src文件夹下，创建TurtleMove_server.cpp文件，TurtleMove_client.cpp文件
TurtleMove_server.cpp
/* 此程序通过通过动作编程实现由client发布一个目标位置 然后控制Turtle运动到目标位置的过程 */
#include <ros/ros.h> #include <actionlib/server/simple_action_server.h>
#include "learn_action/TurtleMoveAction.h"
#include <turtlesim/Pose.h>
#include <turtlesim/Spawn.h>
#include <geometry_msgs/Twist.h>
typedef actionlib::SimpleActionServer<learn_action::TurtleMoveAction> Server;
struct Myturtle
{ float x; float y; float theta; }turtle_original_pose,turtle_target_pose; ros::Publisher turtle_vel; void posecallback(const turtlesim::PoseConstPtr& msg) { ROS_INFO("Turtle1_position:(%f,%f,%f)",msg->x,msg->y,msg->theta); turtle_original_pose.x=msg->x; turtle_original_pose.y=msg->y; turtle_original_pose.theta=msg->theta; } // 收到action的goal后调用该回调函数 void execute(const learn_action::TurtleMoveGoalConstPtr& goal, Server* as) { learn_action::TurtleMoveFeedback feedback; ROS_INFO("TurtleMove is working."); turtle_target_pose.x=goal->turtle_target_x; turtle_target_pose.y=goal->turtle_target_y; turtle_target_pose.theta=goal->turtle_target_theta; geometry_msgs::Twist vel_msgs; float break_flag; while(1) { ros::Rate r(10); vel_msgs.angular.z = 4.0 * (atan2(turtle_target_pose.y-turtle_original_pose.y, turtle_target_pose.x-turtle_original_pose.x)-turtle_original_pose.theta); vel_msgs.linear.x = 0.5 * sqrt(pow(turtle_target_pose.x-turtle_original_pose.x, 2) + pow(turtle_target_pose.y-turtle_original_pose.y, 2)); break_flag=sqrt(pow(turtle_target_pose.x-turtle_original_pose.x, 2) + pow(turtle_target_pose.y-turtle_original_pose.y, 2)); turtle_vel.publish(vel_msgs);feedback.present_turtle_x=turtle_original_pose.x; feedback.present_turtle_y=turtle_original_pose.y; feedback.present_turtle_theta=turtle_original_pose.theta; as->publishFeedback(feedback); ROS_INFO("break_flag=%f",break_flag); if(break_flag<0.1) break; r.sleep(); } // 当action完成后，向客户端返回结果 ROS_INFO("TurtleMove is finished."); as->setSucceeded();
}
int main(int argc, char** argv)
{ ros::init(argc, argv, "TurtleMove_server"); ros::NodeHandle n,turtle_node; ros::Subscriber sub =turtle_node.subscribe("turtle1/pose",10,&posecallback);//订阅小乌龟的位置信息 turtle_vel = turtle_node.advertise<geometry_msgs::Twist>("turtle1/cmd_vel",10);//发布控制小乌龟运动的速度 // 定义一个服务器 Server server(n, "TurtleMove", boost::bind(&execute, _1, &server), false); // 服务器开始运行 server.start(); ROS_INFO("server has started."); ros::spin(); return 0;
}
TurtleMove_client.cpp
#include <actionlib/client/simple_action_client.h>
#include "learn_action/TurtleMoveAction.h"
#include <turtlesim/Pose.h>
#include <turtlesim/Spawn.h>
#include <geometry_msgs/Twist.h>
typedef actionlib::SimpleActionClient<learn_action::TurtleMoveAction> Client;
struct Myturtle
{ float x; float y; float theta;
}turtle_present_pose;
// 当action完成后会调用该回调函数一次
void doneCb(const actionlib::SimpleClientGoalState& state, const learn_action::TurtleMoveResultConstPtr& result)
{ ROS_INFO("Yay! The TurtleMove is finished!"); ros::shutdown();
}
// 当action激活后会调用该回调函数一次
void activeCb()
{ ROS_INFO("Goal just went active");
}
// 收到feedback后调用该回调函数
void feedbackCb(const learn_action::TurtleMoveFeedbackConstPtr& feedback)
{ ROS_INFO(" present_pose : %f %f %f", feedback->present_turtle_x, feedback->present_turtle_y,feedback->present_turtle_theta);
}
int main(int argc, char** argv)
{ ros::init(argc, argv, "TurtleMove_client"); // 定义一个客户端 Client client("TurtleMove", true); // 等待服务器端 ROS_INFO("Waiting for action server to start."); client.waitForServer(); ROS_INFO("Action server started, sending goal."); // 创建一个action的goal learn_action::TurtleMoveGoal goal; goal.turtle_target_x = 1; goal.turtle_target_y = 1; goal.turtle_target_theta = 0; // 发送action的goal给服务器端，并且设置回调函数 client.sendGoal(goal, &doneCb, &activeCb, &feedbackCb); ros::spin(); return 0;
}
修改package.xml文件：
<build_depend>message_generation</build_depend>
<build_depend>actionlib</build_depend>
<build_depend>actionlib_msgs</build_depend>
<exec_depend>message_runtime</exec_depend>
<exec_depend>actionlib</exec_depend>
<exec_depend>actionlib_msgs</exec_depend>
修改 ~/catkin_ws/src/learn_action/CMakeLists.txt
继续在末尾添加
add_executable(TurtleMove_client src/TurtleMove_client.cpp)
target_link_libraries(TurtleMove_client ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(TurtleMove_client ${PROJECT_NAME}_gencpp) add_executable(TurtleMove_server src/TurtleMove_server.cpp)
target_link_libraries(TurtleMove_server ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(TurtleMove_server ${PROJECT_NAME}_gencpp)
- 编译测试
设置环境变量
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
分别新建4个终端，运行如下代码
roscoresource ~/catkin_ws/devel/setup.bash
rosrun turtlesim turtlesim_nodesource ~/catkin_ws/devel/setup.bash
rosrun learn_action TurtleMove_server
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
rosrun learn_action TurtleMove_client- 运行结果
3.ROS实现多机通讯实践
- 主机配置
查看主机地址
ifconfig
输入
export ROS_IP=192.168.182.139
开启
rocore
开启一个新的终端
export ROS_IP=192.168.182.139
export ROS_MASTER_URI=http://192.168.183.128:11311/
rosrun turtlesim turtlesim_node __name:=my_turtle
- 从机配置
开启一个终端，输入
export ROS_IP= 192.168.182.126
export ROS_MASTER_URI=http://192.168.183.128:11311/继续输入
rosnode ping my_turtle
rosrun turtlesim turtle_teleop_key
遥控结果：
4.总结
在ROS程序设计实践中，需要掌握ROS节点、话题和服务的定义和使用方法，了解ROS的消息传递机制和服务调用机制，同时还需要掌握编写ROS程序的基本方法和技巧，才能实现机器人的各项功能，然后就是ROS Kinetic动作编程实践的代码结构比较复杂，包含了多个ROS节点和多个源文件。因此，需要仔细学习其代码结构，并了解每个源文件和ROS节点的作用和功能，最后多机通讯最基本的则是搞正确主从机的ip地址。
5.参考
https://blog.csdn.net/qq_42585108/article/details/104852100?
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