机械人开发五--ROS基本概念的程序实现

一、开发工具
二、RoboWare Studio的基本使用
三、话题通信
四、话题的代码编写
五、自定义消息

一、开发工具

ubuntu18.04
RoboWare Studio

关于RoboWare Studio的下载，这里给出安装包的下载链接：
链接：https://pan.baidu.com/s/1ypCs18v26PW8Of3aOunDow
提取码：v2se

安装前提：

操作系统为ubuntu
已完成ROS系统的安装配置(前面的文章已经讲了)
安装 python-pip: sudo apt-get install python-pip

下载后将其移动到虚拟机内，打开文件系统，双击安装包就行了，遇到提示就按 Esc 就行了，CSDN上安装教程有很多，这里就不多赘述了。

至于我问什么要安装这个IDE呢？最最主要的原因就是，他可以自动修改CMakeList.txt与其他配置文件的设置，非常方便。

二、RoboWare Studio的基本使用

2.1 软件启动

下载完成后在命令行输入：

roboware-studio

启动软件
在这里插入图片描述

2.2 修改界面语言

① 根据如下图所示，打开对应语言设置文件。
在这里插入图片描述

② 将 "locale":"en" ，修改为 "locale":"zh-CN"
在这里插入图片描述
保存并重启系统，可以看到语言已经修改为中文了。

2.3 使用

① 点击文件，可新建工作区。
在这里插入图片描述
我这边已经有工作区了，就是上几节创建的 catkin_ws，选择打开工作区就行了。

② 右击工作区下的 src，可以选择 新建ROS包。
在这里插入图片描述
③ 右击新建的ROS包，可以为其添加依赖。

④ 右击新建包ROS 目录下 src 目录，可以新建CPP文件

新建的文件后，会弹出列表，选择 加入新的可执行文件中，IDE工具则会根据CPP文件名创建一个与之同名的可执行文件（ROS节点），此时CMakeList.txt文件会自动更新。
在这里插入图片描述

2.4 编译文件

① 修改上面的编译设置为 Debug。
在这里插入图片描述
② 点击小锤子，进行编译，效果与catkin_make一样。

2.5 卸载

命令行输入:

sudo apt-get remove roboware-studio

可以卸载软件。

三、话题通信

话题通信是ROS节点通信方式的一种，它是一对多、异步的通信，方式在上一节的内容讲过了。
这里不过赘述。
这里讲一下一些话题命令。

rostopic echo ：打印话题信息
rostopic hz ：话题频率
rostopic info ：话题信息
rostopic list ：列举话题
rostopic pub ：往话题输入信息
rostopic bw ：话题带宽
rostopic find ：从数据类型寻找话题
rostopic type ：查看话题的数据类型

四、话题的代码编写

上几节讲了节点的概念，在ROS中，最小的进程单位称为节点(Node)。每个节点都是一个可执行文件，可以是C++或Python文件，下面这里用C++代码来实现节点。

4.1 发布端

打开编辑器，右击ROS包目录下的src，创建 PubForBeginner.cpp，内容如下：

#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"

int main(int argc, char **argv)
{
    
    
    //initial and name node
    ros::init(argc, argv, "publisher");
    //create nodehandle
    ros::NodeHandle nh;
    //create publisher
    ros::Publisher simplepub = nh.advertise<std_msgs::String>("string_topic",100);
    ros::Rate rate(10);
    //message for publish
    std_msgs::String pubinfo;
    pubinfo.data = "Hello, I'm Publisher!";
    while(ros::ok())
    {
    
    
        simplepub.publish(pubinfo);
    }

    return 0;
}

ros::init ：创建 ros 节点，并命名为 publisher。
ros::NodeHandle ：创建节点的句柄。
ros::Publisher simplepub：创建发布者，并在主题名为 string_topic 的主题上发布类型为<std_msgs::String>的消息。
std_msgs::String pubinfo; 定义的消息类型。
simplepub.publish(pubinfo); 发布数据

4.2 接收端

打开编辑器，右击ROS包目录下的src，创建 SubForBeginner.cpp，内容如下：

#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"

using namespace std;

void subCallback(const std_msgs::String& submsg)
{
    
    
    string subinfo;
    subinfo = submsg.data;
    ROS_INFO("The message subscribed is: %s",subinfo.c_str());
}
int main(int argc,char** argv)
{
    
    
    //initial and name node
    ros::init(argc,argv,"subscriber");
    //create nodehandle
    ros::NodeHandle nh;
    //create subscriber
    ros::Subscriber sub = nh.subscribe("string_topic",1000,&subCallback);
    ros::spin();
    return 0;
}

subCallback：订阅节点的回调函数，对接收的消息进行打印处理。
ros::Subscriber sub ：订阅主题名为 string_topic 上的消息，接收到消息后调用回调函数处理。
ros::spin(); ：ROS消息的回调处理函数，程序运行到这里后不再往下处理。

4.3 测试

① 首先点击编译。
在这里插入图片描述
编译失败，可以在 ②位置处寻找问题，如果是语法问题，编译器里会使用红线勾出。

② 打开一个终端输入:

roscore

③ 再分别打开两个终端，在两个终端分别输入下面的命令：
格式：rosrun 包名 cpp文件名(节点名)

rosrun pub_dis_02 SubForBeginner

rosrun pub_dis_02 PubForBeginner

④ 在接收端可以看到实验结果：
在这里插入图片描述
⑤ 新建一个终端输入命令 rosrun rqt_graph rqt_graph，可以查看节点间通信的通信关系。

五、自定义消息

根据上面的代码我们知道，发布与接收的消息需要遵循同一种类型，ROS系统已经帮我们定义了一些常用的数据类型。例如上面代码我们使用的。

当有些时候，当系统的消息类型无法满足我们的使用时，我们就需要自定义消息类型来使用。

这里重新建一个ROS包，来演示自定义消息类型。

5.1 自定义消息类型

① 我们又新建了一个ROS包，使用和上面相同的ROS包依赖。在 RoboWare Studio 中，右击ROS包，就可以创建 msg 文件夹，在msg创建自定义消息文件，格式为.msg。或者可以直接敲命令进行创建。但自定义消息文件必须储存在msg文件夹内。
在这里插入图片描述
② 在msg 文件夹内创建 Student.msg。文件名可以自定义。内容包含如下：

string name
float64 height
float64 weight

内容是：

字符串类型，保存学生姓名
64位的数据类型，保存学生的身高
64位的数据类型，保存学生的体重

③ 在创建了自定义类型后，需要在ROS包目录下修改以下内容（如果文件中已经修改了，就不管）
package.xml文件修改:

添加：<build_depend>message_generation</build_depend>
添加：<exec_depend>message_runtime</exec_depend>

CMakeLists.txt文件修改：

修改：find_package (catkin REQUIRED COMPONENTS roscpp std_msgs message_generation)，就是添加message_generation
打开注释，且有以下内容：add_message_files( FILES Message1.msg )，Message1为你自己自定义msg文件名
打开注释，且有以下内容：generate_messages( DEPENDENCIES std_msgs )
打开注释，且有以下内容：catkin_package( CATKIN_DEPENDS message_runtime … )

④ 点击编译，就可以在工作空间目录下，的devel目录下找到Student.h。我们使用自定义类型时，包含这个头文件就行了。
在这里插入图片描述

5.2 自定义消息发布端

#include "ros/ros.h"
#include "book_msg_03/Student.h"
#include <cstdlib>

using namespace std;

int main(int argc, char **argv)
{
    
    
    //initial and name node
    ros::init(argc, argv, "node_MsgPub");

    if(argc != 4)
    {
    
    
        cout << "Error command parameter!\n"\
        << "Please run command eg:\n"\
        << "rosrun book_msg_03 Book_MsgPub name height weight" << endl;
        return -1;
    }

    //create node handle
    ros::NodeHandle nh;

    //create messge publisher
    ros::Publisher MsgPub = nh.advertise<book_msg_03::Student>("MyMsg", 100);
    book_msg_03::Student stdmsg;
    stdmsg.name = argv[1];
    stdmsg.height = atof(argv[2]);
    stdmsg.weight = atof(argv[3]);

    ros::Rate rate(10);
    while(ros::ok())
    {
    
    
        MsgPub.publish(stdmsg);
        rate.sleep();
    }
    return 0;
}

if(argc != 4) ：提醒用户如何使用该节点。
ros::Publisher MsgPub = nh.advertise<book_msg_03::Student>(“MyMsg”, 100); 这里我们使用了自定义消息类型，格式为ROS包名::自定义消息类型。
rate.sleep(); 固定发送消息的频率。

5.3 自定义消息接收端

#include "ros/ros.h"
#include "book_msg_03/Student.h"

// custom defined message callback function
void MsgCallback(const book_msg_03::Student &stdInfo)
{
    
    
    ROS_INFO("The student information is:\n name:%s--height:%f--weight:%f",
        stdInfo.name.c_str(),
        stdInfo.height,
        stdInfo.weight);

}

int main(int argc, char *argv[])
{
    
    
    //initial and name node
    ros::init(argc, argv, "node_MsgSub");
    //create node handle
    ros::NodeHandle nh;
    //create subscriber
    ros::Subscriber MsgPub = nh.subscribe("MyMsg" ,100, &MsgCallback);
    ros::spin();

    return 0;
}

类似之前的接收端程序，不过这里使用的是自定义的学生消息数据类型。

5.4 测试