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ROS基础——话题、服务、动作编程

2023-05-16

文章目录

  • 工作空间
  • 功能包
  • ROS通信编程
    • 1.话题编程
    • 2.服务编程
    • 3.动作编程
  • 参考资料

工作空间

存放工程开发相关文件的文件夹，其中主要包括src，build，devel，install文件夹。

文件夹名称用途
src代码空间（Source Space ）
build编译空间（Build Space）
devel开发空间（Development Space）
install安装空间（Install Space）

1.创建工作空间

	mkdir -p ~/catkin_ws/src#创建文件夹
	cd ~/catkin_ws/src#进入目录
	catkin_init_workspace#初始化，使其成为ROS的工作空间

在这里插入图片描述
2.编译工作空间

cd ..
catkin_make

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
3.设置环境变量

source /home/lyy/catkin_ws/devel/setup.bash#该环境变量设置只对当前终端有效，lyy是用户名
#将上面命令放置到~/.bashrc文件中，让其对所有终端都有效
sudo nano ~/.bashrc

4.检查环境变量

echo $ROS_PACKAGE_PATH

在这里插入图片描述

功能包

1.创建功能包

cd ~/catkin_ws/src
catkin_create_pkg learning_communication std_msgs rospy roscpp
#catkin_create_pkg 功能包名字 依赖
#std_msgs：定义的标准的数据结构
#rospy：提供python编程接口 
#roscpp：提供c++编程接口

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

2.编译功能包

cd ~/catkin_ws
catkin_make

在这里插入图片描述

说明：
在同一个工作空间下，不允许存在同名的功能包
不同工作空间，可以存在同名的功能包

ROS通信编程

1.话题编程

步骤：

  • 创建发布者
    • 初始化ROS节点
    • 向ROS Master注册节点信息，包括发布的话题名和话题中的消息类型
    • 按照一定频率循环发布消息
  • 创建订阅者
    • 初始化ROS节点
    • 订阅需要的话题
    • 循环等待话题消息，接受到消息后进行回调函数
    • 回调函数中完成消息处理
  • 添加编译选项
    • 设置需要编译的代码和生成的可执行文件
    • 设置链接库
    • 设置依赖
  • 运行可执行程序

talker.cpp

#include<sstream>
#include"ros/ros.h"
#include"std_msgs/String.h"
int main(int argc,char **argv)
{
	//ROS节点初始化
	ros::init(argc,argv,"talker");
	//创建节点句柄
	ros::NodeHandle n;
	//创建一个Publisher，发布名为chatter的topic，消息类型为std_msgs::String
	ros::Publisher chatter_pub=n.advertise<std_msgs::String>("chatter",1000);
	//设置循环的频率
	ros::Rate loop_rate(10);
	int count=0;
	while(ros::ok())
	{
		//初始化std_msgs::String类型的消息
		std_msgs::String msg;
		std::stringstream ss;
		ss<<"hello world"<<count;
		msg.data=ss.str();
		//发布消息
		ROS_INFO("%s",msg.data.c_str());
		chatter_pub.publish(msg);
		//循环等待回调函数
		ros::spinOnce();
		//接受循环频率延时
		loop_rate.sleep();
		++count;
	}
	return 0;
}

listener.cpp

#include"ros/ros.h"
#include"std_msgs/String.h"
//接收到订阅的消息，会进入消息的回调函数
void chatterCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg)
{
	//将接收到的消息打印处理
	ROS_INFO("I heard:{%s}",msg->data.c_str());
}
int main(int argc,char **argv)
{
	//初始化ROS节点
	ros::init(argc,argv,"listener");
	//创建节点句柄
	ros::NodeHandle n;
	//创建一个Subscriber，订阅名为chatter的topic，注册回调函数chatterCallback
	ros::Subscriber sub=n.subscribe("chatter",1000,chatterCallback);
	//循环等待回调函数
	ros::spin();
	return 0;
}

设置CMakeLists.txt文件
在这里插入图片描述
编译
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
运行可执行文件

roscore
rosrun learning_communication talker
rosrun learning_communication listener

在这里插入图片描述
补充内容
自定义话题消息

  • 定义msg文件

    mkdir ~/catkin_ws/src/learning_communication/msg
sudo nano Person.msg

    Person.msg

    string name
uint8 sex
uint8 age

uint8 unknown=0
uint8 male=1
uint8 female=2

  • 在package.xml中添加功能包依赖

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

    说明：部分ROS版本中exec_depend需要修改为run_depend

  • 在CMakeLists.txt添加编译选项
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    编译成功
    在这里插入图片描述

查看自定义消息

rosmsg show Person

在这里插入图片描述
出现下面错误
在这里插入图片描述
解决方法

source /home/lyy/catkin_ws/devel/setup.bash#执行该命令

2.服务编程

定义服务请求与应答的方式

  • 定义srv文件

    mkdir ~/catkin_ws/src/learning_communication/srv
sudo nano AddTwoInts.srv

    AddTwoInts.srv

    int64 a
int64 b
---
int64 sum

  • 在package.xml中添加功能包依赖

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

    说明：部分ROS版本中exec_depend需要修改为run_depend

  • 在CMakeLists.txt添加编译选项
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    步骤：

  • 创建服务器

    • 初始化ROS节点
    • 创建Serve实例
    • 循环等待服务请求，进入回调函数
    • 在回调函数中完成服务功能的处理，并反馈应答数据

  • 创建客户端

    • 初始化ROS节点
    • 创建一个Client实例
    • 发布服务请求数据
    • 等待Serve处理之后的应答结果

  • 添加编译选项

    • 设置需要编译的代码和生成的可执行文件
    • 设置链接库
    • 设置依赖

  • 运行可执行程序
    server.cpp

#include<ros/ros.h>
#include"learning_communication/AddTwoInts.h"
//service回调函数，输入参数req，输出参数res
bool add(learning_communication::AddTwoInts::Request &req,learning_communication::AddTwoInts::Response &res)
{
	//将输入的参数中的请求数据相加，结果放到应答变量中
	res.sum=req.a+req.b;
	ROS_INFO("request: x=%1d,y=%1d",(long int)req.a,(long int)req.b);
	ROS_INFO("sending back response:[%1d]",(long int)res.sum);
	return true;
}
int main(int argc,char **argv)
{
	//ROS节点初始化
	ros::init(argc,argv,"add_two_ints_server");
	//创建节点句柄
	ros::NodeHandle n;
	//创建一个名为add_two_ints的server,注册回调函数add()
	ros::ServiceServer service=n.advertiseService("add_two_ints",add);
	//循环等待回调函数
	ROS_INFO("Ready to add two ints.");
	ros::spin();
	return 0;
}

client.cpp

#include<cstdlib>
#include<ros/ros.h>
#include"learning_communication/AddTwoInts.h"
int main(int argc,char **argv)
{
	//ROS节点初始化
	ros::init(argc,argv,"add_two_ints_client");
	//从终端命令行获取两个加数
	if(argc!=3)
	{
		ROS_INFO("usage:add_two_ints_client X Y");
		return 1;
	}
	//创建节点句柄
	ros::NodeHandle n;
	//创建一个client，请求add_two_ints_service
	//service消息类型是learning_communication::AddTwoInts
	ros::ServiceClient client=n.serviceClient<learning_communication::AddTwoInts>("add_two_ints");
	//创建learning_communication::AddTwoInts类型的service消息
	learning_communication::AddTwoInts srv;
	srv.request.a=atoll(argv[1]);
	srv.request.b=atoll(argv[2]);
	//发布service请求，等待加法运算的应答请求
	if(client.call(srv))
	{
		ROS_INFO("sum: %1d",(long int)srv.response.sum);
	}
	else
	{
		ROS_INFO("Failed to call service add_two_ints");
		return 1;
	}
	return 0;
}

设置CMakeLists.txt文件
在这里插入图片描述
编译(存在一些警告，可以不用管)
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
运行可执行文件
先运行server，再运行client

roscore
rosrun learning_communication server
rosrun learning_communication client 整数1 整数2

在这里插入图片描述

3.动作编程

动作是一种基于ROS消息实现的问答通信机制，它包含连续反馈，可以在任务过程中止运行。
动作（Action）的接口

接口名称接口含义
goal发布任务目标
cancel请求取消任务
status通知客户端当前的状态
feedback周期反馈任务运行的监控数据
result向客户端发送任务的执行结果，只发布一次

自定义动作消息

  • 定义action文件

    mkdir ~/catkin_ws/src/learning_communication/action
sudo nano DoDishes.action

    DoDishes.action

    #定义目标信息
uint32 dishwasher_id
---
#定义结果信息
uint32 total_dishes_cleaned
---
#定义周期反馈的消息
float32 percent_complete

  • 在package.xml中添加功能包依赖

    <build_depend>actionlib</build_depend>
<build_depend>actionlib_msgs</build_depend>
<exec_depend>actionlib</exec_depend>
<exec_depend>actionlib_msgs</exec_depend>

  • 在CMakeLists.txt添加编译选项
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    步骤：

  • 创建动作服务器

    • 初始化ROS节点
    • 创建动作服务器实例
    • 启动服务器，等待动作请求
    • 在回调函数中完成动作服务功能的处理，并反馈进度信息
    • 动作完成，发送结束信息

  • 创建动作客户端

    • 初始化ROS节点
    • 创建动作客户端实例
    • 连接动作服务器
    • 发送动作目标
    • 根据不同类型的服务器端反馈处理回调函数

  • 添加编译选项

    • 设置需要编译的代码和生成的可执行文件
    • 设置链接库
    • 设置依赖

  • 运行可执行程序

DoDishes_server.cpp

#include "ros/ros.h"
#include "actionlib/server/simple_action_server.h"
#include "learning_communication/DoDishesAction.h"
typedef actionlib::SimpleActionServer<learning_communication::DoDishesAction> Server;
// 收到action的goal后调用该回调函数
void execute(const learning_communication::DoDishesGoalConstPtr &goal, Server *as)
{
	ros::Rate r(1);
	learning_communication::DoDishesFeedback feedback;
	ROS_INFO("Dishwasher %d is working.", goal->dishwasher_id);
	// 假设洗盘子的进度，并且按照1Hz的频率发布进度feedback 
	for(int i = 1; i <= 10; i++)
	{
		feedback.percent_complete = i * 10;
		as->publishFeedback(feedback);
		r.sleep();
	}	
	// 当action完成后，向客户端返回结果
	ROS_INFO("Dishwasher %d finish working.", goal->dishwasher_id);
	as->setSucceeded();
}
int main(int argc, char **argv)
{
	ros::init(argc, argv, "do_dishes_server");
	ros::NodeHandle hNode;
	// 定义一个服务器
	Server server(hNode, "do_dishes", boost::bind(&execute, _1, &server), false);
	// 服务器开始运行
	server.start();
	ros::spin();
	return 0;
}

DoDishes_client.cpp

#include "ros/ros.h"
#include "actionlib/client/simple_action_client.h"
#include "learning_communication/DoDishesAction.h"
typedef actionlib::SimpleActionClient<learning_communication::DoDishesAction> Client;
// 当action完成后会调用该回调函数一次
void doneCallback(const actionlib::SimpleClientGoalState &state
	, const learning_communication::DoDishesResultConstPtr &result)
{
	ROS_INFO("Yay! The dishes are now clean");
	ros::shutdown();
}
// 当action激活后会调用该回调函数一次
void activeCallback()
{
	ROS_INFO("Goal just went active");
}
// 收到feedback后调用该回调函数
void feedbackCallback(const learning_communication::DoDishesFeedbackConstPtr &feedback)
{
	ROS_INFO("percent_complete : %f", feedback->percent_complete);
}
int main(int argc, char **argv)
{
	ros::init(argc, argv, "do_dishes_client");
	// 定义一个客户端
	Client client("do_dishes", 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
	learning_communication::DoDishesGoal goal;
	goal.dishwasher_id = 1;
	// 发送action的goal给服务端，并且设置回调函数
	client.sendGoal(goal, &doneCallback, &activeCallback, &feedbackCallback);
	ros::spin();
	return 0;
}

设置CMakeLists.txt文件
在这里插入图片描述
编译(存在一些警告，可以不用管)
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
运行可执行文件

roscore
rosrun learning_communication DoDishes_client
rosrun learning_communication DoDishes_server

在这里插入图片描述

参考资料

ROS机器人开发入门

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