ROS开发之如何使用发布者、订阅者和话题消息？

0、引言

  <font笔者因研究课题涉及ROS开发，学习了古月居出品的ROS入门21讲，为巩固话题通信（用于不断更新、少逻辑处理的数据处理场景）知识，本文将ROS的发布者、订阅者和话题消息三讲内容进行总结。

1、创建发布者（velocity发布者 →geometry话题消息→turtlesim订阅者）

  （1）创建功能包；

cd ~/catkin_ws/srccatkin_create_pkg learning_topic roscpp rospy std_msgs geometry_msgs turtlesim

  
  （2）创建发布者cpp文件；
  在新建的功能包下src中打开新终端，并键入：gedit velocity_publisher.cpp，输入以下代码并保存。

/*** 该例程将发布turtle1/cmd_vel话题，消息类型geometry_msgs::Twist*/
#include <ros/ros.h>
#include <geometry_msgs/Twist.h>
int main(int argc, char **argv)
{// ROS节点初始化ros::init(argc, argv, "velocity_publisher");// 创建节点句柄ros::NodeHandle n;// 创建一个Publisher，发布名为/turtle1/cmd_vel的topic，消息类型为geometry_msgs::Twist，队列长度10ros::Publisher turtle_vel_pub = n.advertise<geometry_msgs::Twist>("/turtle1/cmd_vel", 10);// 设置循环的频率ros::Rate loop_rate(10);int count = 0;while (ros::ok()){// 初始化geometry_msgs::Twist类型的消息geometry_msgs::Twist vel_msg;vel_msg.linear.x = 0.5;vel_msg.angular.z = 0.2;// 发布消息turtle_vel_pub.publish(vel_msg);ROS_INFO("Publish turtle velocity command[%0.2f m/s, %0.2f rad/s]",vel_msg.linear.x, vel_msg.angular.z);// 按照循环频率延时loop_rate.sleep();}return 0;
}

  

  （3）在CMakeLists.txt添加编译规则;

add_executable(velocity_publisher src/velocity_publisher.cpp)
target_link_libraries(velocity_publisher ${catkin_LIBRARIES})

  
  （4）编译并运行发布者。
  ①编译并启动roscore；

cd ~/catkin_wscatkin_make
或
catkin_make_isolatedsource devel/setup.bash
或
source devel_isolated/setup.bashroscore

  

  ②新建终端，运行海龟结点；

rosrun turtlesim turtlesim_node

  
  ③新建终端，运行发布者；

//每新打开一个终端，需要重新定义源
source devel/setup.bash
或
source devel_isolated/setup.bashrosrun learning_topic velocity_publisher

  

2、创建订阅者（turtlesim发布者→turtlesim话题消息→pose订阅者）

  （1）在发布者功能包下创建订阅者cpp文件；
  在新建的功能包下src中，终端键入：gedit pose_subscriber.cpp，输入以下代码并保存。

/***********************************************************************
Copyright 2020 GuYueHome (www.guyuehome.com).
***********************************************************************//*** 该例程将订阅/turtle1/pose话题，消息类型turtlesim::Pose*/#include <ros/ros.h>
#include "turtlesim/Pose.h"// 接收到订阅的消息后，会进入消息回调函数
void poseCallback(const turtlesim::Pose::ConstPtr& msg)
{// 将接收到的消息打印出来ROS_INFO("Turtle pose: x:%0.6f, y:%0.6f", msg->x, msg->y);
}int main(int argc, char **argv)
{// 初始化ROS节点ros::init(argc, argv, "pose_subscriber");// 创建节点句柄ros::NodeHandle n;// 创建一个Subscriber，订阅名为/turtle1/pose的topic，注册回调函数poseCallbackros::Subscriber pose_sub = n.subscribe("/turtle1/pose", 10, poseCallback);// 循环等待回调函数ros::spin();return 0;
}

  
  （2）在CMakeLists.txt添加编译规则；

add_executable(pose_subscriber src/pose_subscriber.cpp)
target_link_libraries(pose_subscriber ${catkin_LIBRARIES})

  
  （3）编译并运行订阅者。
  ①编译并启动roscore；

cd ~/catkin_wscatkin_make
或
catkin_make_isolatedsource devel/setup.bash
或
source devel_isolated/setup.bashroscore

  
  ②新建终端，运行海龟结点；

rosrun turtlesim turtlesim_node

  
  启动发布者后，海龟将进行匀速圆周运动。
  ③新建终端，运行订阅者；

//每新打开一个终端，需要重新定义源
source devel/setup.bash
或
source devel_isolated/setup.bashrosrun learning_topic pose_subscriber

  

  ④新建终端，运行海龟键盘动态结点。

rosrun turtlesim turtle_teleop_key

  

  在该终端下，可通过键盘方向键手动控制海龟移动。

3、自定义话题消息

  （1）创建.msg文件；
  在~/catkin_ws/src/learning_topic目录下，新建msg目录，并进入该目录，在该目录下打开终端，键入：gedit Person.msg，输入以下内容，并保存。

string name
uint8 sex
uint8 age
string x
string yuint8 unkonwn = 0
uint8 male = 1
uint8 female = 2

  
  （2）在package.xml中添加功能包依赖；

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

  
  （3）在CMakeLists.txt添加编译规则。

//在find_package下，添加message_generation//在合适位置添加以下内容
add_message_files(FILES Person.msg)
generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs)//在catkin_package，添加message_runtime

  

4、使用自定义话题消息（person发布者→自定义话题消息→person订阅者）

  （1）创建测试消息的发布者；
  在~/catkin_ws/src/learning_topic/src目录下打开终端，键入：gedit person_publisher.cpp，输入以下代码，并保存。

/***********************************************************************
Copyright 2020 GuYueHome (www.guyuehome.com).
***********************************************************************//*** 该例程将发布/person_info话题，自定义消息类型learning_topic::Person*/#include <ros/ros.h>
#include "learning_topic/Person.h"int main(int argc, char **argv)
{// ROS节点初始化ros::init(argc, argv, "person_publisher");// 创建节点句柄ros::NodeHandle n;// 创建一个Publisher，发布名为/person_info的topic，消息类型为learning_topic::Person，队列长度10ros::Publisher person_info_pub = n.advertise<learning_topic::Person>("/person_info", 10);// 设置循环的频率ros::Rate loop_rate(1);int count = 0;while (ros::ok()){// 初始化learning_topic::Person类型的消息learning_topic::Person person_msg;person_msg.name = "Tom";person_msg.age  = 18;person_msg.sex  = learning_topic::Person::male;// 发布消息person_info_pub.publish(person_msg);ROS_INFO("Publish Person Info: name:%s  age:%d  sex:%d", person_msg.name.c_str(), person_msg.age, person_msg.sex);// 按照循环频率延时loop_rate.sleep();}return 0;
}

  （2）创建测试消息的订阅者；
  在~/catkin_ws/src/learning_topic/src目录下打开终端，键入：gedit person_subscriber.cpp，输入以下代码，并保存。

/***********************************************************************
Copyright 2020 GuYueHome (www.guyuehome.com).
***********************************************************************//*** 该例程将订阅/person_info话题，自定义消息类型learning_topic::Person*/#include <ros/ros.h>
#include "learning_topic/Person.h"// 接收到订阅的消息后，会进入消息回调函数
void personInfoCallback(const learning_topic::Person::ConstPtr& msg)
{// 将接收到的消息打印出来ROS_INFO("Subcribe Person Info: name:%s  age:%d  sex:%d", msg->name.c_str(), msg->age, msg->sex);
}int main(int argc, char **argv)
{// 初始化ROS节点ros::init(argc, argv, "person_subscriber");// 创建节点句柄ros::NodeHandle n;// 创建一个Subscriber，订阅名为/person_info的topic，注册回调函数personInfoCallbackros::Subscriber person_info_sub = n.subscribe("/person_info", 10, personInfoCallback);// 循环等待回调函数ros::spin();return 0;
}

  （3）在CMakeLists.txt添加编译规则；

add_executable(person_publisher src/person_publisher.cpp)
target_link_libraries(person_publisher ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(person_publisher ${PROJECT_NAME}_generate_messages_cpp)add_executable(person_subscriber src/person_subscriber.cpp)
target_link_libraries(person_subscriber ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(person_subscriber ${PROJECT_NAME}_generate_messages_cpp)

  
  （4）编译运行。

cd ~/catkin_wscatkin_make
或
catkin_make_isolatedsource devel/setup.bash
或
source devel_isolated/setup.bashroscore//新建终端，然后再执行以下代码
cd ~/catkin_ws
source devel/setup.bash
或
source devel_isolated/setup.bash
rosrun learning_topic person_publisher//新建终端，然后再执行以下代码
cd ~/catkin_ws
source devel/setup.bash
或
source devel_isolated/setup.bash
rosrun learning_topic person_subscriber

  

参考资料：
[1] 古月居GYH. 【古月居】古月·ROS入门21讲 | 一学就会的ROS机器人入门教程; 2019-07-16 [accessed 2023-04-09].
[2] ~Old. ROS——话题通信; 2022-03-18 [accessed 2023-04-09].
[3] Maccy37. OS查询话题具体内容常用指令; 2020-09-04 [accessed 2023-04-10].
[4] 李徕徕. ROS(4)--------------------ros::Rate loop_rate( ) & loop_rate.sleep()&ros_spin()&ros_spinOnce(); 2020-07-29 [accessed 2023-04-10].
[5] 小萌虫. ROS21讲; 2021-08-13 [accessed 2023-04-10].