ROS理论与实践学习笔记——2 ROS通信机制之话题通信

news2024/9/27 5:59:58

话题通信是ROS中使用频率最高的一种通信模式，话题通信是基于发布订阅模式的，也即:一个节点发布消息，另一个节点订阅该消息，用于不断更新的、少逻辑处理的数据传输场景。

1.1 话题通信理论模

话题通信实现模型是比较复杂的，该模型如下图所示,该模型中涉及到三个角色：

ROS Master (管理者)

Talker (发布者)

Listener (订阅者)

ROS Master 负责保管 Talker 和 Listener 注册的信息，并匹配话题相同的 Talker 与 Listener，帮助 Talker 与 Listener 建立连接，连接建立后，Talker 可以发布消息，且发布的消息会被 Listener 订阅。

0）Talker注册
	Talker启动后，会通过RPC在ROS Master中注册自身信息，其中包含所发布消息的话题名称。ROS Master会将节点的注册信息加入到注册表中。

1）Listener注册
	Listener启动后，也会通过RPC在ROS Master中注册自身信息，包含需要订阅消息的话题名。ROS Master会将节点的注册信息加入到注册表中。

2）ROS Master实现信息匹配
	ROS Master会根据注册表中的信息匹配Talker和Listener，并通过RPC向Listener发送Talker的RPC地址信息。

3）Listener向Talker发送请求
	Listener根据接收到的RPC地址，通过RPC向Talker发送连接请求，传输订阅的话题名称、消息类型以及通信协议(TCP/UDP)。

4）Talker确认请求
	Talker接收到Listener的请求后，也是通过RPC向Listener确认连接信息，并发送自身的TCP地址信息。

5）Listener与Talker件里连接
	Listener根据步骤4返回的消息使用TCP与Talker建立网络连接。

6）Talker向Listener发送消息
	连接建立后，Talker开始向Listener发布消息。

注意1:上述实现流程中，前五步使用的RPC协议，最后两步使用的是TCP协议；
	 RPC：远程过程调用（Remote Procedure Call）
	 TCP：传输控制协议（Transmission Control Protocol）
注意2:Talker与Listener的启动无先后顺序要求；
注意3:Talker与Listener都可以有多个；
注意4:Talker与Listener连接建立后，不再需要ROS Master，即便关闭ROS Master，Talker与Listern照常通信。

1.2 话题通信基本操作(C++)

1.3 话题通信基本操作(Python)

1.4 话题通信自定义msg

在 ROS 通信协议中，数据载体是一个较为重要组成部分，ROS 中通过 std_msgs 封装了一些原生的数据类型,比如:String、Int32、Int64、Char、Bool、Empty.... 但是，这些数据一般只包含一个 data 字段，结构的单一意味着功能上的局限性，当传输一些复杂的数据，比如: 激光雷达的信息... std_msgs 由于描述性较差而显得力不从心，这种场景下可以使用自定义的消息类型。

msgs只是简单的文本文件，每行具有字段类型和字段名称，可以使用的字段类型有：

int8, int16, int32, int64 (或者无符号类型: uint*)
float32, float64
string
time, duration
other msg files
variable-length array[] and fixed-length array[C]

ROS中还有一种特殊类型：Header，标头包含时间戳和ROS中常用的坐标帧信息。会经常看到msg文件的第一行具有Header标头。

1.4.1 定义 msg 文件

功能包下新建 msg 目录，添加文件 Person.msg

string name
uint16 age
float64 height

1.4.2 编辑配置文件

package.xml中添加编译依赖与执行依赖

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

CMakeLists.txt编辑 msg 相关配置

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
  roscpp
  rospy
  std_msgs
  message_generation)
需要加入 message_generation,必须有 std_msgs

配置 msg 源文件
add_message_files(
  FILES
  Person.msg)

生成消息时依赖于 std_msgs
generate_messages(
  DEPENDENCIES
  std_msgs)

执行时依赖
catkin_package(
#  INCLUDE_DIRS include
#  LIBRARIES demo02_talker_listener
  CATKIN_DEPENDS roscpp rospy std_msgs message_runtime
#  DEPENDS system_lib)

1.4.3 编译

编译后的中间文件查看:	
	C++ 需要调用的中间文件(.../工作空间/devel/include/包名/xxx.h)
	Python 需要调用的中间文件(.../工作空间/devel/lib/python3/dist-packages/包名/msg)
后续调用相关 msg 时，是从这些中间文件调用的