rosserial简介

2023-05-16

rosserial是用于非ROS设备与ROS设备进行通信的一种协议。它为非ROS设备的应用程序提供了ROS节点和服务的发布/订阅功能，使在非ROS环境中运行的应用能够通过串口或网络能够轻松地与ROS应用进行数据交互。

rosserial分为客户端和服务器两部分。rosserial客户端运行在运行在没有安装ROS的环境的应用中，通过串口或网络与运行在ROS环境中的rosserial服务器连接，并通过服务器节点在ROS中发布/订阅话题。

1 rosserial服务器

rosserial服务器是运行在ROS设备中的一个节点，作为串行协议和ROS网络的连接。rosserial服务器有C++和Python两种语言的实现。

1.1 rosserial_python

rosserial_python是一个基于python的rosserial协议实现。它包含主机端rosserial连接的Python实现，能够自动处理连接的支持rosserial的设备的设置、发布和订阅（注意：需要安装pyserial才能使用）。

rosserial_python功能包的serial_node.py节点，与启用了rosserial的设备通过串口通信。该节点根据存储在设备中的配置信息自动启动订阅者和发布者。要使节点以指定的波特率与指定的串口设备连接，例如在/dev/ttyACM1，则必须在命令行上指定参数：

rosrun rosserial_python serial_node.py _port:=/dev/ttyACM1 _baud:=115200

也可以通过launch文件指定以下参数：

<launch>
  <node pkg="rosserial_python" type="serial_node.py" name="serial_node">
    <param name="port" value="/dev/ttyACM1"/>
    <param name="baud" value="115200"/>
  </node>
</launch>

1.2 rosserial_server

rosserial_server功能包包含主机端rosserial连接的C ++实现。它会自动处理已连接的启用rosserial的设备的设置，发布和订阅。

这些节点使用topic_tools/ShapeShifter元消息来重新发布来自客户机的消息，而不必在编译时了解它们。这种方法的惟一警告是服务器没有消息的完整文本定义(因为它不是存储在客户端或部分rosserial协议中)。它使用rosserial_python功能包中的message_info_service.py节点提供的辅助服务，该服务允许C ++驱动程序查找消息定义和散列字符串，而这些消息定义和散列字符串在编译时是未知的，从而使其可以完全发布来自微控制器的话题。

rosserial_server提供serial_node和socket_node两个节点，分别用于串口连接和网络套接字连接。建议的用法是在消息信息节点侧启动主服务器节点。提供了启动文件以启动串行链接。服务器节点的启动方法如下：

roslaunch rosserial_server serial.launch port:=/dev/ttyUSB0

同样可以使用launch文件启动socket节点，其默认监听端口为11411：

roslaunch rosserial_server socket.launch

目前，rosserial_server正在实验中。它缺少rosserial_python提供的节点的关键功能，包括参数，日志记录和服务。如果您需要这些功能，请暂时使用标准的Python服务器。

2 rosserial客户端

rosserial_client包含通用的客户端rosserial实现，它主要为是微控制器设计的。客户端库使用户可以轻松地启动ROS节点并在各种系统上运行。这些客户端是常规ANSI C ++ rosserial_client库的端口。当前，这些软件包包括：

rosserial_arduino
rosserial_embeddedlinux
rosserial_windows
rosserial_mbed
rosserial_tivac
rosserial_vex_v5
rosserial_vex_cortex
rosserial_stm32
ros-teensy

3 示例：与Windows平台通信

Windows应用程序通常是通过socket与rosserial服务器建立连接，实现过程如下。

3.1 生成ros_lib

首先，在ROS侧安装rosserial-server和rosserial-windows，用安装的ROS版本名替代，如melodic：

sudo apt-get install ros-<distro>-rosserial-windows
sudo apt-get install ros-<distro>-rosserial-server

然后运行如下命令生成ros_lib：

rosrun rosserial_windows make_libraries.py my_library

此步骤将生成Visual Studio项目中与ROS主设备对话所需的代码。需要提将my_library目录下的ros_lib文件夹复制到VS工程中。

3.2 将ros_lib添加到VS工程中

将ros_lib文件夹拷贝到VS工程路径下，并VS工程中添加以下文件：

ros.h
duration.cpp
time.cpp
WindowsSocket.h
WindowsSocket.cpp

3.3 编写客户端代码

向ROS发布和订阅消息的示例代码如下：

#include <string>
#include <stdio.h>
#include "ros.h"
#include <geometry_msgs/Twist.h>
#include <std_msgs/String.h>
#include <windows.h>

#include <iostream>

using std::string;

void chatter_callback(const std_msgs::String &msg)
{
    std::cout << strlen(msg.data) << std::endl;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    ros::NodeHandle nh;
    char *ros_master = "192.168.124.4";  // 运行rosseial服务器节点的主机IP

    printf("Connecting to server at %s\n", ros_master);
    nh.initNode(ros_master);

    printf("Advertising cmd_vel message\n");
    std_msgs::String string_msg;
    ros::Subscriber<std_msgs::String> chatter_sub("topic1", &chatter_callback);
    nh.subscribe(chatter_sub);
    ros::Publisher chatter_pub("topic2", &string_msg);
    
    while (1)
    {
        string_msg.data = "message from Windows";
        chatter_pub.publish(&string_msg);

        nh.spinOnce();
        Sleep(500);
    }

    printf("All done!\n");
    return 0;
}

注：使用“ init_node”连接到ROS主机。格式为“主机名:端口”。如果未指定，则默认端口为11411。

3.4 运行节点

首先，在ROS侧启动roscore节点和socket_node节点：

roscore

rosrun rosserial_server socket_node

然后，运行Widnows应用程序，可以看到订阅话题中的消息：
在这里插入图片描述
同样，在ROS侧也可以看到Windows应用发布的消息：

4 rosserial的限制

虽然rosserial可以让非ROS设备轻松的与ROS节点通信，但是它也存在一些限制：

发布者和订阅者的数量限制为25；
序列化和反序列化缓冲区的大小限制为512字节，即ROS消息的大小必须小于512字节；

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