感谢3.1 常用API · Autolabor-ROS机器人入门课程《ROS理论与实践》零基础教程

第三节 ROS的通讯机制

这一节主要讲的是通讯机制

就像前面说的那样，ROS通过节点发布信息，节点订阅信息实现通讯。

基本的通讯机制主要有三种：

话题通信(发布订阅模式)
服务通信(请求响应模式)
参数服务器(参数共享模式)

话题通讯

这是一个话题通讯的流程图，可以看出主要是有三个角色参与：ROS Master (管理者)、Talker (发布者)、Listener (订阅者)

虽然中间又复杂的注册步骤，但是在模型实现中，ROS master 不需要实现，而连接的建立也已经被封装了，需要关注的关键点有三个:

1 发布方

2 接收方

3 数据(此处为普通文本)

1.发布方

/*需求: 实现基本的话题通信，一方发布数据，一方接收数据，实现的关键点:1.发送方2.接收方3.数据(此处为普通文本)PS: 二者需要设置相同的话题消息发布方:循环发布信息:HelloWorld 后缀数字编号实现流程:1.包含头文件2.初始化 ROS 节点:命名(唯一)3.实例化 ROS 句柄4.实例化 发布者 对象5.组织被发布的数据，并编写逻辑发布数据*/// 1.包含头文件#include "ros/ros.h"#include "std_msgs/String.h" //普通文本类型的消息，需要借助头文件来发信息#include <sstream>//拼接编号用的int main(int argc, char  *argv[]){  //设置编码setlocale(LC_ALL,"");//2.初始化 ROS 节点:命名(唯一)// 参数1和参数2 后期为节点传值会使用// 参数3 是节点名称，是一个标识符，需要保证运行后，在 ROS 网络拓扑中唯一ros::init(argc,argv,"talker");//3.实例化 ROS 句柄ros::NodeHandle nh;//该类封装了 ROS 中的一些常用功能//4.实例化 发布者 对象//泛型: 发布的消息类型//参数1: 要发布到的话题//参数2: 队列中最大保存的消息数，超出此阀值时，先进的先销毁(时间早的先销毁)ros::Publisher pub = nh.advertise<std_msgs::String>("chatter",10);//5.组织被发布的数据，并编写逻辑发布数据//数据(动态组织)std_msgs::String msg;// msg.data = "你好啊！！！";std::string msg_front = "Hello 你好！"; //消息前缀int count = 0; //消息计数器//逻辑(一秒10次)ros::Rate r(1);//节点不死while (ros::ok()){//使用 stringstream 拼接字符串与编号std::stringstream ss;ss << msg_front << count;msg.data = ss.str();//发布消息pub.publish(msg);//加入调试，打印发送的消息ROS_INFO("发送的消息:%s",msg.data.c_str());//根据前面制定的发送贫频率自动休眠 休眠时间 = 1/频率；r.sleep();count++;//循环结束前，让 count 自增//暂无应用ros::spinOnce();}return 0;}

2.订阅方

/*需求: 实现基本的话题通信，一方发布数据，一方接收数据，实现的关键点:1.发送方2.接收方3.数据(此处为普通文本)消息订阅方:订阅话题并打印接收到的消息实现流程:1.包含头文件2.初始化 ROS 节点:命名(唯一)3.实例化 ROS 句柄4.实例化 订阅者 对象5.处理订阅的消息(回调函数)6.设置循环调用回调函数*/// 1.包含头文件#include "ros/ros.h"#include "std_msgs/String.h"void doMsg(const std_msgs::String::ConstPtr& msg_p){ROS_INFO("我听见:%s",msg_p->data.c_str());// ROS_INFO("我听见:%s",(*msg_p).data.c_str());}int main(int argc, char  *argv[]){setlocale(LC_ALL,"");//2.初始化 ROS 节点:命名(唯一)ros::init(argc,argv,"listener");//3.实例化 ROS 句柄ros::NodeHandle nh;//4.实例化 订阅者 对象ros::Subscriber sub = nh.subscribe<std_msgs::String>("chatter",10,doMsg);//5.处理订阅的消息(回调函数)//     6.设置循环调用回调函数ros::spin();//循环读取接收的数据，并调用回调函数处理return 0;}

3.配置 CMakeLists.txt

…add_executable(Hello_pubsrc/Hello_pub.cpp)add_executable(Hello_subsrc/Hello_sub.cpp)target_link_libraries(Hello_pub${catkin_LIBRARIES})target_link_libraries(Hello_sub${catkin_LIBRARIES})…

4.自定义消息类型

我们其实可以发现，这个消息是“定死了的”，在实际传感器传输的过程中信息是变化的。所以我们就需要一种自定义的消息类型。

首先需要配置vscode以防止报错

将前面生成的 head 文件路径配置进 c_cpp_properties.json 的 includepath属性:

{"configurations": [{"browse": {"databaseFilename": "","limitSymbolsToIncludedHeaders": true},"includePath": ["/opt/ros/noetic/include/**","/usr/include/**","/xxx/yyy工作空间/devel/include/**" //配置 head 文件的路径],"name": "ROS","intelliSenseMode": "gcc-x64","compilerPath": "/usr/bin/gcc","cStandard": "c11","cppStandard": "c++17"}],"version": 4}

这时候你就有种感觉：这似乎是把自定义的信息类型看成了.h头文件（还放到了devel（开发的）include里面）

观察前面的发布方和订阅方：都有头文件：#include "std_msgs/String.h"。已经说过：节点信息的发布和订阅需要借助中间方（在ROS中分装好了的）。只是现在这个中间放需要我们自己来写了。

5.发布方（二代）

{"configurations": [{"browse": {"databaseFilename": "","limitSymbolsToIncludedHeaders": true},"includePath": ["/opt/ros/noetic/include/**","/usr/include/**","/xxx/yyy工作空间/devel/include/**" //配置 head 文件的路径],"name": "ROS","intelliSenseMode": "gcc-x64","compilerPath": "/usr/bin/gcc","cStandard": "c11","cppStandard": "c++17"}],"version": 4}

6.订阅方（二代）

/*需求: 订阅人的信息*/#include "ros/ros.h"#include "demo02_talker_listener/Person.h"void doPerson(const demo02_talker_listener::Person::ConstPtr& person_p){ROS_INFO("订阅的人信息:%s, %d, %.2f", person_p->name.c_str(), person_p->age, person_p->height);}int main(int argc, char *argv[]){  setlocale(LC_ALL,"");//1.初始化 ROS 节点ros::init(argc,argv,"listener_person");//2.创建 ROS 句柄ros::NodeHandle nh;//3.创建订阅对象ros::Subscriber sub = nh.subscribe<demo02_talker_listener::Person>("chatter_person",10,doPerson);//4.回调函数中处理 person//5.ros::spin();ros::spin();   return 0;}

7.配置 CMakeLists.txt（二代）

！！！需要添加 add_dependencies 用以设置所依赖的消息相关的中间文件。

add_executable(person_talker src/自定义消息类型名.cpp)add_executable(person_listener src/自定义消息类型名.cpp)add_dependencies(person_talker ${PROJECT_NAME}_generate_messages_cpp)add_dependencies(person_listener ${PROJECT_NAME}_generate_messages_cpp)target_link_libraries(person_talker${catkin_LIBRARIES})target_link_libraries(person_listener${catkin_LIBRARIES})

8启动

1.启动 roscore;

2.启动发布节点;

3.启动订阅节点。

服务通信

服务通信也是ROS中一种极其常用的通信模式，服务通信是基于请求响应模式的，是一种应答机制。简单说就是客户提供输入，扔给服务端，服务端处理后，输出给客户端

最常见的案例就是计算器——输入运算公式，返回答案

和话题通讯不同，话题通讯是制造出一个话题，节点可能对这个话题感兴趣然后订阅接受。服务则是需要你事先准备一个格式，只有符合格式的输入才能传给服务端，服务端运行结果同样符合这个格式要求的返回给客户端

这个格式类似上面说过的msg数据类型，不过服务讯通称作srv文件

1.定义srv文件

服务通信中，数据分成两部分，请求与响应，在 srv 文件中请求和响应使用---分割，具体实现如下:

功能包下新建 srv 目录，添加 xxx.srv 文件，内容:

# 客户端请求时发送的两个数字int32 num1int32 num2---# 服务器响应发送的数据int32 sum

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><!--exce_depend 以前对应的是 run_depend 现在非法-->

CMakeLists.txt编辑 srv 相关配置

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTSroscpprospystd_msgsmessage_generation)# 需要加入 message_generation,必须有 std_msgsCopyadd_service_files(FILESAddInts.srv)Copygenerate_messages(DEPENDENCIESstd_msgs)

注意: 官网没有在 catkin_package 中配置 message_runtime,经测试配置也可以

3.编译

编译后（快捷键ctrl+shift+B）查看生成的中间文件:

C++ 需要调用的中间文件(.../工作空间/devel/include/包名/xxx.h)

4vscode配置

同样要包含目录

{"configurations": [{"browse": {"databaseFilename": "","limitSymbolsToIncludedHeaders": true},"includePath": ["/opt/ros/noetic/include/**","/usr/include/**","/xxx/yyy工作空间/devel/include/**" //配置 head 文件的路径],"name": "ROS","intelliSenseMode": "gcc-x64","compilerPath": "/usr/bin/gcc","cStandard": "c11","cppStandard": "c++17"}],"version": 4}

5.服务端

/*需求:编写两个节点实现服务通信，客户端节点需要提交两个整数到服务器服务器需要解析客户端提交的数据，相加后，将结果响应回客户端，客户端再解析服务器实现:1.包含头文件2.初始化 ROS 节点3.创建 ROS 句柄4.创建 服务 对象5.回调函数处理请求并产生响应6.由于请求有多个，需要调用 ros::spin()*/#include "ros/ros.h"#include "demo03_server_client/AddInts.h"// bool 返回值由于标志是否处理成功bool doReq(demo03_server_client::AddInts::Request& req,demo03_server_client::AddInts::Response& resp){int num1 = req.num1;int num2 = req.num2;ROS_INFO("服务器接收到的请求数据为:num1 = %d, num2 = %d",num1, num2);//逻辑处理if (num1 < 0 || num2 < 0){ROS_ERROR("提交的数据异常:数据不可以为负数");return false;}//如果没有异常，那么相加并将结果赋值给 respresp.sum = num1 + num2;return true;}int main(int argc, char *argv[]){setlocale(LC_ALL,"");// 2.初始化 ROS 节点ros::init(argc,argv,"AddInts_Server");// 3.创建 ROS 句柄ros::NodeHandle nh;// 4.创建 服务 对象ros::ServiceServer server = nh.advertiseService("AddInts",doReq);ROS_INFO("服务已经启动....");//     5.回调函数处理请求并产生响应//     6.由于请求有多个，需要调用 ros::spin()ros::spin();return 0;}Copy

6客户端

/*需求:编写两个节点实现服务通信，客户端节点需要提交两个整数到服务器服务器需要解析客户端提交的数据，相加后，将结果响应回客户端，客户端再解析服务器实现:1.包含头文件2.初始化 ROS 节点3.创建 ROS 句柄4.创建 客户端 对象5.请求服务，接收响应*/// 1.包含头文件#include "ros/ros.h"#include "demo03_server_client/AddInts.h"int main(int argc, char *argv[]){setlocale(LC_ALL,"");// 调用时动态传值,如果通过 launch 的 args 传参，需要传递的参数个数 +3if (argc != 3)// if (argc != 5)//launch 传参(0-文件路径 1传入的参数 2传入的参数 3节点名称 4日志路径){ROS_ERROR("请提交两个整数");return 1;}// 2.初始化 ROS 节点ros::init(argc,argv,"AddInts_Client");// 3.创建 ROS 句柄ros::NodeHandle nh;// 4.创建 客户端 对象ros::ServiceClient client = nh.serviceClient<demo03_server_client::AddInts>("AddInts");//等待服务启动成功//方式1ros::service::waitForService("AddInts");//方式2// client.waitForExistence();// 5.组织请求数据demo03_server_client::AddInts ai;ai.request.num1 = atoi(argv[1]);ai.request.num2 = atoi(argv[2]);// 6.发送请求,返回 bool 值，标记是否成功bool flag = client.call(ai);// 7.处理响应if (flag){ROS_INFO("请求正常处理,响应结果:%d",ai.response.sum);}else{ROS_ERROR("请求处理失败....");return 1;}return 0;}

7.配置 CMakeLists.txt

add_executable(AddInts_Server src/AddInts_Server.cpp)add_executable(AddInts_Client src/AddInts_Client.cpp)add_dependencies(AddInts_Server ${PROJECT_NAME}_gencpp)add_dependencies(AddInts_Client ${PROJECT_NAME}_gencpp)target_link_libraries(AddInts_Server${catkin_LIBRARIES})target_link_libraries(AddInts_Client${catkin_LIBRARIES})

8.执行

Roscore
需要先启动服务:rosrun 包名服务
然后再调用客户端 :rosrun 包名客户端参数1 参数2

参数服务器

参数服务器在ROS中主要用于实现不同节点之间的数据共享。参数服务器相当于是独立于所有节点的一个公共容器，可以将数据存储在该容器中，被不同的节点调用。简单来说，上面两种通讯方式都是1v1的。如果其他节点想要与其通讯，就需要上一个匹配的节点结束后才能匹配

而参数通讯则是1VN

ROS Master 作为一个公共容器保存参数，Talker 可以向容器中设置参数，Listener 可以获取参数。

但是这里的参数数据类型一般都是定义好了的

•       32-bit integers•       booleans•       strings•       doubles•       iso8601 dates时间•       lists•       base64-encoded binary data•       字典

主要是借助ros::NodeHandle 、ros::param、来实现的

1.参数服务器新增(修改)参数

/*参数服务器操作之新增与修改(二者API一样)_C++实现:在 roscpp 中提供了两套 API 实现参数操作ros::NodeHandlesetParam("键",值)ros::paramset("键","值")示例:分别设置整形、浮点、字符串、bool、列表、字典等类型参数修改(相同的键，不同的值)*/#include "ros/ros.h"int main(int argc, char *argv[]){ros::init(argc,argv,"set_update_param");std::vector<std::string> stus;stus.push_back("zhangsan");stus.push_back("李四");stus.push_back("王五");stus.push_back("孙大脑袋");std::map<std::string,std::string> friends;friends["guo"] = "huang";friends["yuang"] = "xiao";//NodeHandle--------------------------------------------------------ros::NodeHandle nh;nh.setParam("nh_int",10); //整型nh.setParam("nh_double",3.14); //浮点型nh.setParam("nh_bool",true); //boolnh.setParam("nh_string","hello NodeHandle"); //字符串nh.setParam("nh_vector",stus); // vectornh.setParam("nh_map",friends); // map//修改演示(相同的键，不同的值)nh.setParam("nh_int",10000);//param--------------------------------------------------------ros::param::set("param_int",20);ros::param::set("param_double",3.14);ros::param::set("param_string","Hello Param");ros::param::set("param_bool",false);ros::param::set("param_vector",stus);ros::param::set("param_map",friends);//修改演示(相同的键，不同的值)ros::param::set("param_int",20000);return 0;}

2.参数服务器获取参数

/*参数服务器操作之查询_C++实现:在 roscpp 中提供了两套 API 实现参数操作ros::NodeHandleparam(键,默认值)存在，返回对应结果，否则返回默认值getParam(键,存储结果的变量)存在,返回 true,且将值赋值给参数2若果键不存在，那么返回值为 false，且不为参数2赋值getParamCached键,存储结果的变量)--提高变量获取效率存在,返回 true,且将值赋值给参数2若果键不存在，那么返回值为 false，且不为参数2赋值getParamNames(std::vector<std::string>)获取所有的键,并存储在参数 vector 中hasParam(键)是否包含某个键，存在返回 true，否则返回 falsesearchParam(参数1，参数2)搜索键，参数1是被搜索的键，参数2存储搜索结果的变量ros::param ----- 与 NodeHandle 类似*/#include "ros/ros.h"int main(int argc, char *argv[]){setlocale(LC_ALL,"");ros::init(argc,argv,"get_param");//NodeHandle--------------------------------------------------------/*ros::NodeHandle nh;// param 函数int res1 = nh.param("nh_int",100); // 键存在int res2 = nh.param("nh_int2",100); // 键不存在ROS_INFO("param获取结果:%d,%d",res1,res2);// getParam 函数int nh_int_value;double nh_double_value;bool nh_bool_value;std::string nh_string_value;std::vector<std::string> stus;std::map<std::string, std::string> friends;nh.getParam("nh_int",nh_int_value);nh.getParam("nh_double",nh_double_value);nh.getParam("nh_bool",nh_bool_value);nh.getParam("nh_string",nh_string_value);nh.getParam("nh_vector",stus);nh.getParam("nh_map",friends);ROS_INFO("getParam获取的结果:%d,%.2f,%s,%d",nh_int_value,nh_double_value,nh_string_value.c_str(),nh_bool_value);for (auto &&stu : stus){ROS_INFO("stus 元素:%s",stu.c_str());       }for (auto &&f : friends){ROS_INFO("map 元素:%s = %s",f.first.c_str(), f.second.c_str());}// getParamCached()nh.getParamCached("nh_int",nh_int_value);ROS_INFO("通过缓存获取数据:%d",nh_int_value);//getParamNames()std::vector<std::string> param_names1;nh.getParamNames(param_names1);for (auto &&name : param_names1){ROS_INFO("名称解析name = %s",name.c_str());       }ROS_INFO("----------------------------");ROS_INFO("存在 nh_int 吗? %d",nh.hasParam("nh_int"));ROS_INFO("存在 nh_intttt 吗? %d",nh.hasParam("nh_intttt"));std::string key;nh.searchParam("nh_int",key);ROS_INFO("搜索键:%s",key.c_str());*///param--------------------------------------------------------ROS_INFO("++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++");int res3 = ros::param::param("param_int",20); //存在int res4 = ros::param::param("param_int2",20); // 不存在返回默认ROS_INFO("param获取结果:%d,%d",res3,res4);// getParam 函数int param_int_value;double param_double_value;bool param_bool_value;std::string param_string_value;std::vector<std::string> param_stus;std::map<std::string, std::string> param_friends;ros::param::get("param_int",param_int_value);ros::param::get("param_double",param_double_value);ros::param::get("param_bool",param_bool_value);ros::param::get("param_string",param_string_value);ros::param::get("param_vector",param_stus);ros::param::get("param_map",param_friends);ROS_INFO("getParam获取的结果:%d,%.2f,%s,%d",param_int_value,param_double_value,param_string_value.c_str(),param_bool_value);for (auto &&stu : param_stus){ROS_INFO("stus 元素:%s",stu.c_str());       }for (auto &&f : param_friends){ROS_INFO("map 元素:%s = %s",f.first.c_str(), f.second.c_str());}// getParamCached()ros::param::getCached("param_int",param_int_value);ROS_INFO("通过缓存获取数据:%d",param_int_value);//getParamNames()std::vector<std::string> param_names2;ros::param::getParamNames(param_names2);for (auto &&name : param_names2){ROS_INFO("名称解析name = %s",name.c_str());       }ROS_INFO("----------------------------");ROS_INFO("存在 param_int 吗? %d",ros::param::has("param_int"));ROS_INFO("存在 param_intttt 吗? %d",ros::param::has("param_intttt"));std::string key;ros::param::search("param_int",key);ROS_INFO("搜索键:%s",key.c_str());return 0;}

3.参数服务器删除参数

/*参数服务器操作之删除_C++实现:ros::NodeHandledeleteParam("键")根据键删除参数，删除成功，返回 true，否则(参数不存在)，返回 falseros::paramdel("键")根据键删除参数，删除成功，返回 true，否则(参数不存在)，返回 false*/#include "ros/ros.h"int main(int argc, char *argv[]){  setlocale(LC_ALL,"");ros::init(argc,argv,"delete_param");ros::NodeHandle nh;bool r1 = nh.deleteParam("nh_int");ROS_INFO("nh 删除结果:%d",r1);bool r2 = ros::param::del("param_int");ROS_INFO("param 删除结果:%d",r2);return 0;}

4cmakelist.txt配置

…add_executable(Hello_pubsrc/Hello_pub.cpp)add_executable(Hello_subsrc/Hello_sub.cpp)

5启动

roscore

rosrun 功能包名 cpp文件名

当然没有提示，但是新开窗口，输入roaparam list就能够查看自定义的参数列表

输入rosparam get /自定义参数名

就能够使用

ROS学习第三天 ROS的通讯机制相关推荐

ROS学习笔记三：创建ROS软件包
,# ROS学习笔记三:创建ROS软件包 catkin软件包的组成一个软件包必须满足如下条件才能被称之为catkin软件包: 这个软件包必须包含一个catkin编译文件package.xml(man ...
转‘ROS学习心得——安装篇——ROS安装’
ROS学习心得--安装篇--ROS安装 FOR THE SIGMA FOR THE GTINDER FOR THE ROBOMASTER 简介: ROS(Robot Operating System) ...
ROS学习心得——安装篇——ROS安装
ROS学习心得--安装篇--ROS安装 FOR THE SIGMA FOR THE GTINDER FOR THE ROBOMASTER 简介: ROS(Robot Operating System) ...
ROS学习手记 - 5 理解ROS中的基本概念_Services and Parameters
ROS学习手记 - 5 理解ROS中的基本概念_Services and Parameters 上一节完成了对nodes, Topic的理解,再深入一步: Services and Parameter ...
ROS学习笔记十一：ROS中数据的记录与重放
ROS学习笔记十一:ROS中数据的记录与重放本节主要介绍如何记录一个正在运行的ROS系统中的数据,然后在一个运行的系统中根据记录文件重新产生和记录时类似的运动情况.本例子还是以小海龟例程为例. 记录 ...
草莓采摘机器人——ROS导航（三）ROS自适应蒙特卡罗定位算法（ACML）理解
草莓采摘机器人--ROS导航(三) ROS自适应蒙特卡罗定位算法(AMCL)理解在详细解释ROS工作原理与步骤之前, 我想先Mark一下自适应蒙特卡罗定位算法的原理与思想. 毕竟算法才是王道. AM ...
ROS学习（二）ROS Noetic的简单测试
文章目录前言正文前言在上一篇文章ROS学习(一)ROS Noetic安装及环境配置中完成了ROS Noetic安装及环境配置,但可惜的是,在我目前阅读的ROS的wiki文档中并没有说明如何 ...
ROS学习笔记三：编写第一个ROS节点程序
在编写第一个ROS节点程序之前需要创建工作空间(workspace)和功能包(package). 一.创建工作空间(workspace) 创建一个catkin_ws: #注意:如果使用sudo一次性创 ...
ROS学习笔记三（TF的类）
1.数据类型数据类型定义在tf/transform_datatypes.h.里 1.1 基本数据类型(Quaternion, Vector, Point, Pose, Transform) Type ...

ROS学习第三天 ROS的通讯机制