ROS 快速入门教程02

5. Node 节点

以智能手机为例，当我们使用智能手机的某个功能时，大多时候在使用手机的某个APP。同样当我们使用ROS的某个功能时，使用的是ROS的某一个或者某一些节点。

虽然每次我们只使用ROS的某一个或者某一些节点，但我们无法下载单一节点，这些节点是以包的形式存储的，上一篇内容以讲解如何安装apt包，这里不再演示。

5.1 工作空间设置

这里以建立一个超声波工作包为例。
打开终端输入

cd catkin_ws/src #进入代码目录
catkin_create_pkg ssr_pkg rospy roscpp std_msgs

catkin_create_pkg +包名+依赖项列表

• catkin_create_pkg 是 ROS 中用来创建包的命令。
• ssr_pkg 是你要创建的包的名字。
• rospy, roscpp, std_msgs 是你在创建包时所依赖的 ROS 包。
• 简单来说，这条命令会创建一个名为 ssr_pkg 的 ROS 包，并自动将 rospy（Python客户端库）、roscpp（C++客户端库）和 std_msgs（标准消息类型）作为依赖项包含进去。

5.1.1 学习roscpp依赖项

打开终端输入

roscd roscpp
ls
code package.xml

name：包名
version：版本
description：包的内容描述
maintainer：维护者信息
有以上四条内容的xml文件基本能确定该目录里存放ros的一个功能包，以后可以根据这种方式判断目录是否为ros功能包。

5.2 自创软件包和下载软件包的区别

我们注意到roscpp这个软件包在/opt/ros/noetic/share文件夹下，该文件夹下还有许多软件包。
这些软件包都是我们使用sudo apt install指令或安装ROS自带下载下来的。
这些软件包与我们建立的catkin_ws工作目录下的软件包不同点在于，这些包是现成的可执行文件可以直接使用执行，而catkin_ws目录下的都是源码文件，需要编译后才能运行。
这时我们可以回想在.bashrc文件里编辑的两条指令：

第一条便是加载apt下载的软件包地址，第二个加载catkin_ws目录下的软件包地址。

5.3 创建超声波包的节点

打开vscode，创建chao_node.cpp文件。

#include<ros/ros.h>
int main(int argc, char **argv)
{printf("Hello, ROS!\n");return 0;
}

如有爆红，请删除json文件并重启vscode,打开setting.json，调整至 "C_Cpp.errorSquiggles": "disabled"

5.4 编译文件

打开CMakeList文件找到Build章节。

找到

add_executable(${PROJECT_NAME}_node src/ssr_pkg_node.cpp)

复制后放到最下面，取消注释并改为：

add_executable(chao_node src/chao_node.cpp)

然后运行编译：

5.5 运行节点

打开两个终端分别输入

roscorerosrun ssr_pkg chao_node

用vscode打开chao_node文件。

#include<ros/ros.h>
int main(int argc, char **argv)
{ros::init(argc, argv, "chao_node");printf("当你能编译这条指令时，你已经基本学会ROS节点的编译了。\n");return 0;
}

打开CMakeList找到

 target_link_libraries(${PROJECT_NAME}_node${catkin_LIBRARIES})

复制到最下面取消注释，改为：

 target_link_libraries(chao_node${catkin_LIBRARIES})

保存并编译。

5.6 ROS中的while循环

与cpp中的while循环不同，ROS中的while循环括号内并不是存放true or false而是ros::ok()。

5.7 小结

6.Topic话题与Message消息

6.1 Topic（话题）

话题 是一种消息通信的机制，在 ROS 中用于实现 发布-订阅 模式。发布者（Publisher）将数据发布到一个话题上，而订阅者（Subscriber）订阅该话题来接收数据。话题是无连接的，即它不要求发布者和订阅者之间建立直接的联系。

• 发布者（Publisher）：一个节点可以作为话题的发布者，定期将数据发送到指定的话题。
• 订阅者（Subscriber）：另一个节点可以订阅该话题，从中接收数据。

在 ROS 中，话题通常是用于传输实时数据，例如传感器数据、机器人状态信息等。

特点：

• 无连接性：发布者和订阅者之间没有直接连接，它们通过话题传递消息。
• 异步通信：数据发送和接收是异步的，发布者可以继续发布数据，订阅者接收到数据后进行处理。
• 多对多通信：一个话题可以同时有多个发布者和多个订阅者。

6.2 Message（消息）

消息 是 ROS 中传输的数据格式。它定义了数据的类型和结构，类似于一个数据包。消息的结构由字段组成，这些字段的类型可以是简单的基础类型（如 int、float）或复杂的自定义类型（如数组、结构体等）。

ROS 提供了许多标准消息类型，如 std_msgs/String、sensor_msgs/Image、geometry_msgs/Twist 等，用户也可以定义自定义的消息类型。

消息的类型：

• 标准消息类型：ROS 定义了很多标准消息类型，可以直接使用。例如，std_msgs/String 用于传递字符串数据，sensor_msgs/Image 用于传递图像数据，geometry_msgs/Twist 用于表示机器人运动的线速度和角速度等。
• 自定义消息类型：用户可以根据需要定义自己的消息类型。自定义消息通常通过 .msg 文件来描述，它们存储在 ROS 包中并在编译时生成相应的代码。

• 消息的定义格式：

ROS 中的消息通过 .msg 文件定义，文件中的每一行都描述了一个字段及其数据类型。例如，一个自定义的消息文件 Person.msg 可能会像这样定义：

string name
int32 age
float32 height

该文件描述了一个 Person 消息类型，包含了 name（字符串）、age（32位整数）和 height（32位浮点数）三个字段。

消息的发布与订阅：

• 发布者发送消息：发布者通过 advertise() 函数来创建一个话题并开始发布消息。
• 订阅者接收消息：订阅者通过 subscribe() 函数来订阅一个话题，并在回调函数中处理接收到的消息。

话题与消息的关系

• 话题 是一个数据流的通道，是消息的发布和订阅的载体。节点通过发布和订阅话题来进行数据交换。
• 消息 是话题上传输的具体数据内容。消息通过话题从发布者传递到订阅者，订阅者可以通过回调函数处理接收到的消息。

消息类型和自定义消息

ROS 提供了很多常见的消息类型，便于开发者使用，如：

• std_msgs/String：字符串消息。
• geometry_msgs/Twist：用于表示机器人速度的消息，包含线速度和角速度。
• sensor_msgs/Image：用于传输图像数据的消息。

如果预定义的消息类型不能满足需求，开发者可以创建自定义消息类型。自定义消息类型是通过 .msg 文件定义的，ROS 会根据这些文件自动生成 C++ 和 Python 代码，使得这些消息可以被传递和处理。

6.3 小结

7.使用C++编写Publisher发布者节点

打开之前的chao_node.cpp，改为：

#include<ros/ros.h>
#include<std_msgs/String.h>int main(int argc, char *argv[])
{ros::init(argc, argv, "chao_node");printf("你已经成功编译了一个ROS节点\n");ros::NodeHandle nh;ros::Publisher pub = nh.advertise<std_msgs::String>("ssr_node_topic", 10);while(ros::ok()){printf("你已经成功编译了一个ROS节点！\n");std_msgs::String msg;msg.data = "Hello, ROS!";pub.publish(msg);}return 0;
}

• NodeHandle 是 ROS 中用于与 ROS 系统交互的接口。它为节点提供了一些基本的功能，包括与 ROS 参数服务器的交互、发布/订阅话题、服务调用等。创建 NodeHandle 实例时，它会自动连接到 ROS Master，并初始化该节点的相关通信设施。nh 是一个 ros::NodeHandle 类型的对象，用于在当前节点中执行与 ROS 系统的通信任务。
• nh.advertise<std_msgs::String>("ssr_node_topic", 10)：这是 NodeHandle 对象 nh 调用的 advertise 函数，作用是告诉 ROS 系统：当前节点将向名为 "ssr_node_topic" 的话题发布消息，消息类型为 std_msgs::String，并且该话题的队列大小为 10。即，当消息还未被消费时，最多有 10 个消息会被保存在队列中，超过这个数目时，新的消息将会丢弃（或覆盖掉旧的消息，取决于配置）。
• ros::Publisher pub：创建一个 ros::Publisher 类型的对象 pub，它是用来管理消息发布操作的。通过它，你可以发布消息到话题中。
• std_msgs::String 的消息对象 msg。std_msgs::String 是 ROS 中的一种消息类型，用于传输字符串数据。msg 是一个 std_msgs::String 类型的变量，表示一个消息实例，你可以将要发布的数据（即字符串）赋给 msg 的 data 字段。
• pub.publish(msg) 是调用 ros::Publisher 对象 pub 的 publish 方法，该方法负责将消息发送到指定的话题。msg 是要发布的消息对象，这里它包含了一个字符串 "Hello, ROS!"。当调用 publish(msg) 时，ROS 会将消息 msg 发布到在创建 pub 时指定的 "ssr_node_topic" 话题上，其他节点如果订阅了该话题，就会收到这个消息。

7.2 运行新节点

启动roscore，再打开新的终端输入rosrun ssr_pkg chao_node

在打开新的终端输入命令，查看当前运行的话题

rostopic list

再输入

rostopic echo /ssr_node_topic

查看话题内容

创建新窗口输入，查看话题每秒钟发送频率。

rostopic hz /ssr_node_topic

7.2 控制话题频率

#include<ros/ros.h>
#include<std_msgs/String.h>int main(int argc, char *argv[])
{ros::init(argc, argv, "chao_node");printf("你已经成功编译了一个ROS节点\n");ros::NodeHandle nh;ros::Publisher pub = nh.advertise<std_msgs::String>("ssr_node_topic", 10);ros::Rate loop_rate(10);while(ros::ok()){printf("你已经成功编译了一个ROS节点！\n");std_msgs::String msg;msg.data = "Hello, ROS!";pub.publish(msg);loop_rate.sleep();}return 0;
}

重复上述步骤就能获得每秒刷新频率为10的话题。

7.3 小结