ROS通信模式编程

一.创建工作空间

1.创建工作空间 catkin_ws

创建src文件

mkdir -p ~/catkin_ws/src

进入src文件夹：

cd ~/catkin_ws/src

初始化文件夹：

 catkin_init_workspace

2.编译工作空间 catkin_make

所有编译工作都要在catkin_ws文件夹下编译

cd ~/catkin_ws/

编译

catkin_make

编译完成后，会发现catkin_ws中多了两个文件 build 和 devel

3.设置环境变量

现在我们需要把我们工作空间的环境变量设置到bash

 echo "source ~/catkin_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc

让上面的配置在当前的终端生效：

source ~/.bashrc

4.创建功能包

在src中创建：

 cd ~/catkin_ws/src/

创建功能包：

catkin_create_pkg learning_communication std_msgs roscpp rospy

std_msgs：包含常见消息类型

roscpp：使用C++实现ROS各种功能

rospy：使用python实现ROS各种功能

5.编译功能包

 cd ~/catkin_ws

catkin_make

编译成功如下：

二.ROS通信编程

1.ROS话题编程

（1）编写发布器节点

打开talker.cpp文件，复制如下内容：

/**
 * 该例程将发布chatter话题，消息类型String
 */
 
#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();
	
	// 按照循环频率延时
    loop_rate.sleep();
    ++count;
  }
 
  return 0;
}

（2）编写订阅器节点

打开listener.cpp文件，复制如下内容

/**
 * 该例程将订阅chatter话题，消息类型String
 */
 
#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"
 
// 接收到订阅的消息后，会进入消息回调函数
void chatterCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg)
{
  // 将接收到的消息打印出来
  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;
}

（3）编译节点

在 learning_communication 文件夹里面的 CMakeLists.txt 文件末尾加入几条语句:

include_directories(include ${catkin_INCLUDE_DIRS})
 
add_executable(talker src/talker.cpp)
target_link_libraries(talker ${catkin_LIBRARIES})
 
add_executable(listener src/listener.cpp)
target_link_libraries(listener ${catkin_LIBRARIES})

这会生成两个可执行文件, talker 和 listener,具体在：~/catkin_ws/devel/lib/learning_communication 中
编译节点：

cd ~/catkin_ws/

catkin_make

（4）运行节点

启动ROS

roscore

在不同终端中输入：

 rosrun learning_communication talker 

 rosrun learning_communication listener 

可以看到两个终端显示如下，表示一个发，一个收：

（5）创建一个自定义消息msg

（1）在 catkin_ws/src/learning_communication 文件中，创建一个文件夹，命名为 msg，在这个msg文件夹里面，创建一个 .msg 文件,命名为msg.msg
（2）打开msg.msg，复制如下内容，当然，你可以仿造上面的形式多增加几行以得到更为复杂的消息

int64 num
string first_name
string last_name
uint8 age
uint32 score

（3）编辑 package.xml
目的是确保msg文件被转换成为C++，Python和其他语言的源代码：
打开 catkin_ws/src/learning_communication 下的 package.xml
删除：

  <!--    <build_depend>message_generation</build_depend> -->

  <!--   <exec_depend>message_runtime</exec_depend> -->

cd ~/catkin_ws/

catkin_make

（6）使用 rosmsg

rosmsg show msg

2.服务编程

创建一个服务 srv

（1）在 catkin_ws/src/learning_communication 文件中，创建一个文件夹，命名为 srv，在这个srv文件夹里面，创建一个 .srv 文件,命名为 AddTwoInts.srv
（2）打开 AddTwoInts.srv，复制如下内容
srv文件分为请求和响应两部分，由’—'分隔，其中 a 和 b 是请求, 而sum 是响应。
（3）编辑 package.xml
同创建msg
（4）编辑CMakeLists.txt
设置find_packag函数： 同创建msg
设置运行依赖：同创建msg
加入新消息名称：

（5）编译

cd ~/catkin_ws/

catkin_make

（6）使用 rossrv

 rossrv show learning_communication/AddTwoInts

（1）编写Service节点

打开add_two_ints_server.cppp文件，复制如下内容

#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=%ld, y=%ld", (long int)req.a, (long int)req.b);
  ROS_INFO("sending back response: [%ld]", (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;
}

（2）编写Client节点

打开add_two_ints_client.cpp文件，复制如下内容

#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_int 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结果
  if (client.call(srv))
  {
    ROS_INFO("Sum: %ld", (long int)srv.response.sum);
  }
  else
  {
    ROS_ERROR("Failed to call service add_two_ints");
    return 1;
  }
 
  return 0;
}

（3）编译节点

在 learning_communication 文件夹里面的 CMakeLists.txt 文件末尾加入几条语句:
这会生成两个可执行文件, 在：~/catkin_ws/devel/lib/learning_communication 中

add_executable(add_two_ints_server src/add_two_ints_server.cpp)
target_link_libraries(add_two_ints_server ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(add_two_ints_server learning_communication_gencpp)
 
add_executable(add_two_ints_client src/add_two_ints_client.cpp)
target_link_libraries(add_two_ints_client ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(add_two_ints_client learning_communication_gencpp)

编译节点：

cd ~/catkin_ws/

catkin_make

（4）运行节点

启动ROS

roscore

运行Service

运行Service

运行Client，并附带两个加数

rosrun learning_communication add_two_ints_client 1314 521

二.动作编程

什么是动作(action)

• 一种问答通信机制
• 带有连续反馈
• 可以在任务过程中止运行
• 基于ROS的消息机制实现

Action的接口

• 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

（1）定义action文件

cd ~/catkin_ws/src/learning_communication 
mkdir action
cd action
sudo gedit DoDishes.action

DoDishes.action代码如下

#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

（2）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>

（3)编辑CMakeLists.txt：

(4)编译

$ cd ~/catkin_ws/
$ catkin_make

编译成功如下

(6)实现一个动作服务器

• 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

cd ~/catkin_ws/src/learning_communication/src
sudo gedit DoDishes_server.cpp
sudo gedit DODishes_client.cpp

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

add_executable(DoDishes_server src/DoDishes_server.cpp)
target_link_libraries(DoDishes_server ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(DoDishes_server ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS})

add_executable(DoDishes_client src/DoDishes_client.cpp)
target_link_libraries(DoDishes_client ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(DoDishes_client ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS})

编译程序

cd ~/catkin_ws
catkin_make

编译成功如下：

运行可执行文件

roscore
rosrun learning_action DoDishes_client
rosrun learning_action DoDishes_server

三.分布式通信

ifconfig

验证主机和从机是否互通：
主机ping从机：

从机ping主机：

分布式通信（主机）：
打开一个终端启动ros：

roscore

打开一个新的终端

export ROS_IP=10.60.241.234 （主机的IP）
export ROS_MASTER_URI=http://10.60.241.234:11311/
rosrun turtlesim turtlesim_node __name:=my_turtle

分布式通信（从机）：
打开终端输入：

export ROS_IP=10.60.241.250 （该电脑ip）
export ROS_MASTER_URI=http://10.60.241.234:11311/（主机地址）
rosrun turtlesim turtle_teleop_key

配置成功，此时在从机移动键盘，主机的小海龟会实现移动

四.总结

通过本次实验作业，我充分了解了ROS通信模式编程中的话题编程，服务编程和动作编程，其中的步骤大同小异，都是编译代码生成可执行文件，设置环境等等，其中也遇到了许多的问题不过最后也是在室友的帮助下得到了很好的解决，这次实验作业可谓是受益匪浅