ROS-ROS通信机制-小乌龟

news2024/7/4 5:53:11

文章目录

  • 1.话题发布
  • 2.话题订阅
  • 3.服务调用
  • 4.参数设置
  • 5.通信机制比较

1.话题发布

需求描述:
编码实现乌龟运动控制，让小乌龟做圆周运动。

实现分析:

  • 乌龟运动控制实现，关键节点有两个，一个是乌龟运动显示节点 turtlesim_node，另一个是控制节点，二者是订阅发布模式实现通信的，乌龟运动显示节点直接调用即可，运动控制节点之前是使用的 turtle_teleop_key通过键盘控制，现在需要自定义控制节点。
  • 控制节点自实现时，首先需要了解控制节点与显示节点通信使用的话题与消息，可以使用ros命令结合计算图来获取。
  • 了解了话题与消息之后，通过C++ 或 Python 编写运动控制节点，通过指定的话题，按照一定的逻辑发布消息即可。

实现流程:

  1. 通过计算图结合ros命令获取话题与消息信息。
  2. 编码实现运动控制节点。 启动 roscore、turtlesim_node
  3. 以及自定义的控制节点，查看运行结果。

1.话题与消息获取
准备: 先启动键盘控制乌龟运动案例。
在这里插入图片描述
1.1话题获取
获取话题:/turtle1/cmd_vel

通过计算图查看话题，启动计算图:
在这里插入图片描述

rqt_graph

或者通过 rostopic 列出话题:

rostopic list

在这里插入图片描述
1.2消息获取
获取消息类型:geometry_msgs/Twist

rostopic type /turtle1/cmd_vel

在这里插入图片描述
也可使用rostopic info获取消息类型

rostopic info /turtle1/cmd_vel

获取消息格式:

rosmsg info geometry_msgs/Twist

也可用rosmsg show获取消息格式

rosmsg show geometry_msgs/Twist

在这里插入图片描述

linear(线速度) 下的xyz分别对应在x、y和z方向上的速度(单位是 m/s)；
angular(角速度)下的xyz分别对应x轴上的翻滚、y轴上俯仰和z轴上偏航的速度(单位是rad/s)。

对于小乌龟只需要设置x方向的线速度和z方向的角速度。

弧度: 单位弧度定义为圆弧长度等于半径时的圆心角。

偏航、翻滚与俯仰

2.实现发布节点
创建功能包需要依赖的功能包: roscpp rospy std_msgs geometry_msgs
C++

/*
    编写 ROS 节点，控制小乌龟画圆

    准备工作:
        1.获取topic(已知: /turtle1/cmd_vel)
        2.获取消息类型(已知: geometry_msgs/Twist)
        3.运行前，注意先启动 turtlesim_node 节点

    实现流程:
        1.包含头文件
        2.初始化 ROS 节点
        3.创建发布者对象
        4.循环发布运动控制消息
*/

#include "ros/ros.h"
#include "geometry_msgs/Twist.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
    setlocale(LC_ALL,"");
    // 2.初始化 ROS 节点
    ros::init(argc,argv,"control");
    ros::NodeHandle nh;
    // 3.创建发布者对象
    ros::Publisher pub = nh.advertise<geometry_msgs::Twist>("/turtle1/cmd_vel",1000);
    // 4.循环发布运动控制消息
    //4-1.组织消息
    geometry_msgs::Twist msg;
    msg.linear.x = 1.0;
    msg.linear.y = 0.0;
    msg.linear.z = 0.0;

    msg.angular.x = 0.0;
    msg.angular.y = 0.0;
    msg.angular.z = 2.0;

    //4-2.设置发送频率
    ros::Rate r(10);
    //4-3.循环发送
    while (ros::ok())
    {
        pub.publish(msg);

        ros::spinOnce();
    }


    return 0;
}

Python:

#! /usr/bin/env python
"""
    编写 ROS 节点，控制小乌龟画圆

    准备工作:
        1.获取topic(已知: /turtle1/cmd_vel)
        2.获取消息类型(已知: geometry_msgs/Twist)
        3.运行前，注意先启动 turtlesim_node 节点

    实现流程:
        1.导包
        2.初始化 ROS 节点
        3.创建发布者对象
        4.循环发布运动控制消息

"""

import rospy
from geometry_msgs.msg import Twist

if __name__ == "__main__":
    # 2.初始化 ROS 节点
    rospy.init_node("control_circle_p")
    # 3.创建发布者对象
    pub = rospy.Publisher("/turtle1/cmd_vel",Twist,queue_size=1000)
    # 4.循环发布运动控制消息
    rate = rospy.Rate(10)
    msg = Twist()
    msg.linear.x = 1.0
    msg.linear.y = 0.0
    msg.linear.z = 0.0
    msg.angular.x = 0.0
    msg.angular.y = 0.0
    msg.angular.z = 0.5

    while not rospy.is_shutdown():
        pub.publish(msg)
        rate.sleep()

3.运行

  • 首先，启动 roscore；
  • 然后启动乌龟显示节点；
  • 最后执行运动控制节点；
  • 运行效果为

1.也不知道自己啥时候把小乌龟的包给删了，导致运行出现Error: package ‘turtlesim’ not found。使用下面这行代码安装。

sudo apt-get install ros-melodic-ros-tutorials

2.简易实现
优点：便捷
缺点：有一定的局限性，无法包含复杂的逻辑

rostopic pub -r 10 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist "linear: 
  x: 1.0
  y: 0.0
  z: 0.0
angular:
  x: 0.0
  y: 0.0
  z: 1.0"

在这里插入图片描述
3.在使用Python实现时，编译一直出现错误Invoking “make cmake_check_build_system” failed。尝试了好几次，也没有发现哪里错了，最后新建了功能包，重新写，并且把原来的功能包删除才能编译通过。疑惑???
！！！！！！！！！！！发现问题了，竟然是scripts少写了一个"r"，啊啊啊啊啊啊啊啊

4.在使用Python实现时，好不容易编译通过了，运行时又出现这个问题
在这里插入图片描述
然后通过百度发现了解决办法
修改前的代码为：

 pub = rospy.Publisher("/turtle1/cmd_vel",Twist,10)

修改后的代码为

 pub = rospy.Publisher("/turtle1/cmd_vel",Twist,queue_size=10)

rospy 中的 Publisher 函数与 roscpp 中的不太一样。rospy 中的 Publisher 函数的第三个参数是 subscribe_listener ，queue_size 是最后一个参数。因此需要指定数字1给的是 queue_size。

2.话题订阅

需求描述:
已知turtlesim中的乌龟显示节点，会发布当前乌龟的位姿(窗体中乌龟的坐标以及朝向)，要求控制乌龟运动，并时时打印当前乌龟的位姿。

实现分析:

  • 首先，需要启动乌龟显示以及运动控制节点并控制乌龟运动。
  • 要通过ROS命令，来获取乌龟位姿发布的话题以及消息。
  • 编写订阅节点，订阅并打印乌龟的位姿。

实现流程:

  1. 通过ros命令获取话题与消息信息。
  2. 编码实现位姿获取节点。
  3. 启动 roscore、turtlesim_node、控制节点以及位姿订阅节点，控制乌龟运动并输出乌龟的位姿。

1.话题与消息获取

获取话题:/turtle1/pose （小写p）

rostopic list

在这里插入图片描述

获取消息类型:turtlesim/Pose(大写P)

rostopic type  /turtle1/pose

在这里插入图片描述

获取消息格式:

rosmsg info turtlesim/Pose

响应结果:
在这里插入图片描述
注：Pose中"P"要大写。

2.实现订阅节点
创建功能包需要依赖的功能包: roscpp rospy std_msgs turtlesim
C++

/*  
    订阅小乌龟的位姿: 时时获取小乌龟在窗体中的坐标并打印
    准备工作:
        1.获取话题名称 /turtle1/pose
        2.获取消息类型 turtlesim/Pose
        3.运行前启动 turtlesim_node 与 turtle_teleop_key 节点

    实现流程:
        1.包含头文件
        2.初始化 ROS 节点
        3.创建 ROS 句柄
        4.创建订阅者对象
        5.回调函数处理订阅的数据
        6.spin
*/

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

void doPose(const turtlesim::Pose::ConstPtr& p){
    ROS_INFO("乌龟位姿信息:x=%.2f,y=%.2f,theta=%.2f,lv=%.2f,av=%.2f",
        p->x,p->y,p->theta,p->linear_velocity,p->angular_velocity
    );
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    setlocale(LC_ALL,"");
    // 2.初始化 ROS 节点
    ros::init(argc,argv,"sub_pose");
    // 3.创建 ROS 句柄
    ros::NodeHandle nh;
    // 4.创建订阅者对象
    ros::Subscriber sub = nh.subscribe<turtlesim::Pose>("/turtle1/pose",1000,doPose);
    // 5.回调函数处理订阅的数据
    // 6.spin
    ros::spin();
    return 0;
}

Python

#! /usr/bin/env python
"""
    订阅小乌龟的位姿: 时时获取小乌龟在窗体中的坐标并打印
    准备工作:
        1.获取话题名称 /turtle1/pose
        2.获取消息类型 turtlesim/Pose
        3.运行前启动 turtlesim_node 与 turtle_teleop_key 节点

    实现流程:
        1.导包
        2.初始化 ROS 节点
        3.创建订阅者对象
        4.回调函数处理订阅的数据
        5.spin

"""

import rospy
from turtlesim.msg import Pose

def doPose(data):
    rospy.loginfo("乌龟坐标:x=%.2f, y=%.2f,theta=%.2f",data.x,data.y,data.theta)

if __name__ == "__main__":

    # 2.初始化 ROS 节点
    rospy.init_node("sub_pose_p")

    # 3.创建订阅者对象
    sub = rospy.Subscriber("/turtle1/pose",Pose,doPose,queue_size=1000)
    #     4.回调函数处理订阅的数据
    #     5.spin
    rospy.spin()

3.运行

  • 首先，启动 roscore；
  • 然后启动乌龟显示节点，执行运动控制节点；
  • 最后启动乌龟位姿订阅节点；

1.运行launch文件时，多打了一个空格导致一直运行错误
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
解决：一定要认真检查！！！，删除空格就可以了。
2.运行成功launch文件，键盘控制小乌龟不动
如果想要实现按键控制，必须把鼠标移到启动按键控制的终端上选中。而不是选中小乌龟窗口。按照常规操作，可能都会优先去选中小乌龟窗口，此时按下方向键是不会有反应的。
在这里插入图片描述
3.小乌龟的坐标是相对于GUI界面左下角为原点。

3.服务调用

需求描述:
编码实现向 turtlesim 发送请求，在乌龟显示节点的窗体指定位置生成一乌龟，这是一个服务请求操作。

实现分析:

  • 首先，需要启动乌龟显示节点。
  • 要通过ROS命令，来获取乌龟生成服务的服务名称以及服务消息类型。
  • 编写服务请求节点，生成新的乌龟。

实现流程:

  1. 通过ros命令获取服务与服务消息信息。
  2. 编码实现服务请求节点。
  3. 启动 roscore、turtlesim_node、乌龟生成节点，生成新的乌龟。

1.服务名称与服务消息获取
获取话题:/spawn

rosservice list

在这里插入图片描述
获取消息类型:turtlesim/Spawn

rosservice type /spawn

在这里插入图片描述

获取消息格式:

rossrv info turtlesim/Spawn

响应结果:
在这里插入图片描述

2.服务客户端实现
创建功能包需要依赖的功能包: roscpp rospy std_msgs turtlesim
C++

/*
    生成一只小乌龟
    准备工作:
        1.服务话题 /spawn
        2.服务消息类型 turtlesim/Spawn
        3.运行前先启动 turtlesim_node 节点

    实现流程:
        1.包含头文件
          需要包含 turtlesim 包下资源，注意在 package.xml 配置
        2.初始化 ros 节点
        3.创建 ros 句柄
        4.创建 service 客户端
        5.等待服务启动
        6.发送请求
        7.处理响应

*/

#include "ros/ros.h"
#include "turtlesim/Spawn.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
    setlocale(LC_ALL,"");
    // 2.初始化 ros 节点
    ros::init(argc,argv,"set_turtle");
    // 3.创建 ros 句柄
    ros::NodeHandle nh;
    // 4.创建 service 客户端
    ros::ServiceClient client = nh.serviceClient<turtlesim::Spawn>("/spawn");
    // 5.等待服务启动
    // client.waitForExistence();
    ros::service::waitForService("/spawn");
    // 6.发送请求
    turtlesim::Spawn spawn;
    spawn.request.x = 1.0;
    spawn.request.y = 1.0;
    spawn.request.theta = 1.57;
    spawn.request.name = "my_turtle";
    bool flag = client.call(spawn);
    // 7.处理响应结果
    if (flag)
    {
        ROS_INFO("新的乌龟生成,名字:%s",spawn.response.name.c_str());
    } else {
        ROS_INFO("乌龟生成失败！！！");
    }


    return 0;
}

Python

#! /usr/bin/env python
"""
    生成一只小乌龟
    准备工作:
        1.服务话题 /spawn
        2.服务消息类型 turtlesim/Spawn
        3.运行前先启动 turtlesim_node 节点

    实现流程:
        1.导包
          需要包含 turtlesim 包下资源，注意在 package.xml 配置
        2.初始化 ros 节点
        3.创建 service 客户端
        4.等待服务启动
        5.发送请求
        6.处理响应

"""

import rospy
from turtlesim.srv import Spawn,SpawnRequest,SpawnResponse

if __name__ == "__main__":
    # 2.初始化 ros 节点
    rospy.init_node("set_turtle_p")
    # 3.创建 service 客户端
    client = rospy.ServiceProxy("/spawn",Spawn)
    # 4.等待服务启动
    client.wait_for_service()
    # 5.发送请求
    req = SpawnRequest()
    req.x = 2.0
    req.y = 2.0
    req.theta = -1.57
    req.name = "my_turtle_p"
    try:
        response = client.call(req)
        # 6.处理响应
        rospy.loginfo("乌龟创建成功!，叫:%s",response.name)
    except expression as identifier:
        rospy.loginfo("服务调用失败")

3.运行

  • 首先，启动 roscore；
  • 然后启动乌龟显示节点；
  • 最后启动乌龟生成请求节点；
    在这里插入图片描述

4.参数设置

需求描述:
修改turtlesim乌龟显示节点窗体的背景色，已知背景色是通过参数服务器的方式以 rgb 方式设置的。
实现分析:

  • 首先，需要启动乌龟显示节点。
    在这里插入图片描述

  • 要通过ROS命令，来获取参数服务器中设置背景色的参数。

  • 编写参数设置节点，修改参数服务器中的参数值。

实现流程:

  1. 通过ros命令获取参数。
  2. 编码实现服参数设置节点。
  3. 启动 roscore、turtlesim_node 与参数设置节点，查看运行结果。

1.参数名获取
获取参数列表:

rosparam list

响应结果:
在这里插入图片描述

2.参数修改
C++

/*
    注意命名空间的使用。

*/
#include "ros/ros.h"


int main(int argc, char *argv[])
{
    ros::init(argc,argv,"haha");

    ros::NodeHandle nh("turtlesim");
    //ros::NodeHandle nh;

    // ros::param::set("/turtlesim/background_r",0);
    // ros::param::set("/turtlesim/background_g",0);
    // ros::param::set("/turtlesim/background_b",0);

    nh.setParam("background_r",0);
    nh.setParam("background_g",0);
    nh.setParam("background_b",0);


    return 0;
}

Python

#! /usr/bin/env python

import rospy

if __name__ == "__main__":
    rospy.init_node("hehe")
    # rospy.set_param("/turtlesim/background_r",255)
    # rospy.set_param("/turtlesim/background_g",255)
    # rospy.set_param("/turtlesim/background_b",255)
    rospy.set_param("background_r",255)
    rospy.set_param("background_g",255)
    rospy.set_param("background_b",255)  # 调用时，需要传入 __ns:=xxx

3.运行

  • 首先，启动 roscore；
  • 然后启动背景色设置节点；
  • 最后启动乌龟显示节点；

PS: 注意节点启动顺序，如果先启动乌龟显示节点，后启动背景色设置节点，那么颜色设置不会生效。

4.其他设置方式
方式1:修改小乌龟节点的背景色(命令行实现)

rosparam set /turtlesim/background_b 自定义数值

rosparam set /turtlesim/background_g 自定义数值

rosparam set /turtlesim/background_r 自定义数值

修改相关参数后，重启 turtlesim_node 节点，背景色就会发生改变了

方式2:启动节点时，直接设置参数

rosrun turtlesim turtlesim_node _background_r:=100 _background_g=0 _background_b=0

方式3:通过launch文件传参

<launch>
    <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="set_bg" output="screen">
        <!-- launch 传参策略1 -->
        <!-- <param name="background_b" value="0" type="int" />
        <param name="background_g" value="0" type="int" />
        <param name="background_r" value="0" type="int" /> -->

        <!-- launch 传参策略2 -->
        <rosparam command="load" file="$(find demo03_test_parameter)/cfg/color.yaml" />
    </node>

</

5.通信机制比较

三种通信机制中，参数服务器是一种数据共享机制，可以在不同的节点之间共享数据，话题通信与服务通信是在不同的节点之间传递数据的，三者是ROS中最基础也是应用最为广泛的通信机制。

这其中，话题通信和服务通信有一定的相似性也有本质上的差异，在此将二者做一下简单比较:

二者的实现流程是比较相似的，都是涉及到四个要素:

  • 要素1: 消息的发布方/客户端(Publisher/Client)
  • 要素2: 消息的订阅方/服务端(Subscriber/Server)
  • 要素3: 话题名称(Topic/Service)
  • 要素4: 数据载体(msg/srv)

可以概括为: 两个节点通过话题关联到一起，并使用某种类型的数据载体实现数据传输。

二者的实现也是有本质差异的，具体比较如下:

Topic(话题)Service(服务)
通信模式发布/订阅请求/响应
同步性异步同步
底层协议ROSTCP/ROSUDPROSTCP/ROSUDP
缓冲区有无
实时性弱强
节点关系多对多一对多(一个 Server)
通信数据msgsrv
使用场景连续高频的数据发布与接收:雷达、里程计偶尔调用或执行某一项特定功能：拍照、语音识别

不同通信机制有一定的互补性，都有各自适应的应用场景。尤其是话题与服务通信，需要结合具体的应用场景与二者的差异，选择合适的通信机制。

参考：
[1]Autolabor-ROS机器人入门课程《ROS理论与实践》季基础教程
[2]【Autolabor初级教程】ROS机器人入门
[3]胡春旭.ROS机器人开发实践[M].机械工业出版社,2018.
[4]https://blog.csdn.net/qq_51303289/article/details/128215248

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一、引言 本篇文章旨在介绍STM32小容量、中容量和大容量的储存器和系统构架&#xff0c;文中涉及到一些专有名词和概念较为抽象和陌生&#xff0c;建议读者能够查阅相关资料和知识加深了解。 二、正文 &#xff08;一&#xff09;、系统构架 在小容量、中容量和 大容量产品中…
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接口自动化测试之Yaml数据驱动封装！

接口自动化测试之Yaml数据驱动封装！

一、数据驱动&#xff1a;pytest.mark.parametrize(&#xff09; 首先看个样本&#xff1a; import pytestclass TestData:# parametrize有两个值&#xff0c;一个是args_name:参数名&#xff0c;一个是args_value:参数值,可以有多个&#xff0c;进行数据解包# args_value可以…
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Windows环境提示“‘mysql‘ 不是内部或外部命令，也不是可运行的程序或批处文理件” 简易记录

Windows环境提示“‘mysql‘ 不是内部或外部命令，也不是可运行的程序或批处文理件” 简易记录

在Windows环境下使用DOS命令窗登入MYSQL&#xff0c;提示“mysql 不是内部或外部命令&#xff0c;也不是可运行的程序或批处理文件。” 这意味着系统无法找到 mysql.exe可执行文件&#xff0c;这是因为 MySQL 没有正确安装或未添加到系统PATH环境变量中所致。 处理方法&#x…
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巧用ChatGPT系列丛书（由北京大学出版社出版）

巧用ChatGPT系列丛书（由北京大学出版社出版）

前言 随着人工智能技术的迅速发展&#xff0c;越来越多的工具和应用程序被应用于职场中&#xff0c;以提高我们的工作效率。其中&#xff0c;ChatGPT作为一种先进的自然语言处理技术&#xff0c;正在逐渐引起人们的关注。 ✨巧用ChatGPT系列书籍&#xff1a; 《巧用chatGPT快…
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文献速递：PET-影像组学专题--临床上在乳腺癌方面PET-MRI的进展

文献速递：PET-影像组学专题--临床上在乳腺癌方面PET-MRI的进展

文献速递&#xff1a;PET-影像组学专题–临床上在乳腺癌方面PET-MRI的进展 01 文献速递介绍 成像在乳腺癌的筛查、诊断、分期和管理中扮演着关键角色。乳房X线摄影&#xff08;mammography&#xff09;、超声检查和动态增强乳腺MRI是主要的乳腺癌成像方法。对于怀疑或已知有…
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【教程】开始使用ipaguard进行代码加固混淆

【教程】开始使用ipaguard进行代码加固混淆

目录 前言 下载ipa代码混淆保护工具 获取ipaguard登录码 代码混淆 文件混淆 IPA重签名与安装测试 前言 iOS加固保护是直接针对ios ipa二进制文件的保护技术&#xff0c;可以对iOS APP中的可执行文件进行深度混淆、加密。使用任何工具都无法逆向、破解还原源文件。对APP进…
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mysql数据恢复

mysql数据恢复

使用MySQL第三方工具binlog2sql binlog2sql&#xff0c;一款基于python开发的开源工具&#xff0c;是由大众点评团队的DBA使用python开发出来的&#xff0c;从MySQL binlog解析出你要的SQL。根据不同选项&#xff0c;你可以得到原始SQL、回滚SQL、去除主键的INSERT SQL等。其功…
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《Vue.js设计与实现》—Vue3响应系统的原理

《Vue.js设计与实现》—Vue3响应系统的原理

一、响应式数据与副作用函数 1. 副作用函数 1-1 指令材料 在JavaScript中&#xff0c;副作用函数是指在执行过程中对外部环境产生可观察的变化或影响的函数。这种函数通常会修改全局变量、修改传入的参数、执行I/O操作&#xff08;如读写文件或发送网络请求&#xff09;、修…
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