ROS话题通信详细讲解：从原理到实战

ROS话题通信详细讲解：从原理到实战

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/saojiakre/article/details/145529787

ROS(机器人操作系统)的话题通信是其最常用的通信模式，主要用于数据传输。本文将从数据类型、概念原理到具体实现，详细讲解ROS话题通信的方方面面。通过C++和Python两种编程语言的实例，帮助读者全面理解并掌握这一核心技术。

数据类型

在深入讲解ROS话题通信之前，有必要先了解与ROS配套的数据类型包std_msgs中包含的各种类型：

• 整型：int8，int16，int32，int64（有int就有对应的无符号整型uint）
• 浮点型：float32，float64
• 其他：string，time，duration

此外，ROS还支持自定义数据类型，但本文暂不涉及。

话题通信

话题通信是ROS中最常用的通信模式，主要用于数据传输。

概念

话题通信基于发布订阅模式，由四个核心部分组成：

• 发布方：负责在特定话题中发布数据
• 订阅方：负责从特定话题中获取数据
• 管理者：ROS内置组件，负责将发布者和订阅者建立连接
• 话题：可以理解为一个主题或事件，当发布者和订阅者有共同话题时，就可以建立连接

实现原理

1. 发布方将话题和RPC地址发布给管理者
2. 订阅方将需要的话题发布给管理者，如果管理者有对应的话题，将把发布方信息（RPC地址）传给订阅方
3. 订阅方与发布方连接，发布方将TCP地址给订阅方
4. 发布方发布的数据订阅方可以接收

实现效果

ROS话题通信实现效果示例

案例实现

接下来，我们将通过一个具体的案例来演示ROS话题通信的实现。要求编写代码实现ROS中消息的发布与订阅：创建一个发布者，每隔100ms依次发送斐波那契数列的数字到话题/fibonacci中；创建一个订阅者，订阅该话题并输出订阅结果。

实操步骤

建立工作空间

1. 打开终端，输入以下命令建立工作空间：

   mkdir -p demo02_ws/src
   cd demo02_ws
   catkin_make
   

2. 打开VSCode，建立Catkin Package：

• 输入功能包名字
• 依赖包：roscpp rospy std_msgs

3. 修改VSCode配置文件（如果使用集成环境可以跳过）：

   {
       "version": "2.0.0",
       "tasks": [
           {
               "label":"catkin_make:debug",
               "type": "shell",
               "command":"catkin_make",
               "args": [],
               "group":{"kind" :"build",  "isDefault": true},
               "presentation": {
                   "reveal": "always",
               },
               "problemMatcher": "$msCompile",
           }
       ]
   }
   

C++实现

1. 修改配置文件：

• 主要修改"cStandard"和"cppStandard"，确保代码有提示

2. 建立发布者实现文件：

   #include "ros/ros.h"
   #include "std_msgs/Int32.h"
   
   int main(int argc, char *argv[])
   {
       ros::init(argc, argv, "pub01");
       ros::NodeHandle nh;
       ros::Publisher pub = nh.advertise<std_msgs::Int32>("fibonacci", 10);
       ros::Rate rate(10);
       std_msgs::Int32 msg;
       int num1 = 0;
       int num2 = 1;
       ros::Duration(2).sleep();
   
       while(ros::ok())
       {
           int tmp = num2;
           num2 += num1;
           num1 = tmp;
           msg.data = num1;
           pub.publish(msg);
           rate.sleep();
           ros::spinOnce();
       }
       return 0;
   }
   

3. 建立订阅者实现文件：

   #include "ros/ros.h"
   #include "std_msgs/Int32.h"
   
   void doMsg(const std_msgs::Int32::ConstPtr &msg)
   {
       std::cout << msg->data << std::endl;
   }
   
   int main(int argc, char *argv[])
   {
       ros::init(argc, argv, "sub01");
       ros::NodeHandle nh;
       ros::Subscriber sub = nh.subscribe("fibonacci", 10, doMsg);
       ros::spin();
       return 0;
   }
   

4. 编译与运行：

• 修改CMakeLists.txt文件
• 启动ROS核心：roscore
• 刷新环境变量：source ./devel/setup.bash
• 运行订阅者：rosrun test1_pub_sub sub01
• 运行发布者：rosrun test1_pub_sub pub01

Python实现

1. 创建文件夹和源文件：

• 在test1_pub_sub文件夹下创建scripts文件夹
• 建立pub01.py和sub01.py源文件

2. 发布者实现：

   #! /usr/bin/env python
   import rospy
   from std_msgs.msg import Int32
   
   if __name__ == "__main__":
       rospy.init_node("pub01_p")
       pub = rospy.Publisher("fibonacci", Int32, queue_size = 10)
       msg = Int32()
       rate = rospy.Rate(10)
       rospy.sleep(2)
       num1 = 0
       num2 = 1
   
       while not rospy.is_shutdown():
           tmp = num2
           num2 += num1
           num1 = tmp
           msg.data = num1
           pub.publish(msg)
           rate.sleep()
   

3. 订阅者实现：

   #! /usr/bin/env python
   import rospy
   from std_msgs.msg import Int32
   
   def doMsg(msg):
       rospy.loginfo("%d", msg.data)
   
   if __name__ == "__main__":
       rospy.init_node("sub01_p")
       sub = rospy.Subscriber("fibonacci", Int32, doMsg, queue_size = 10)
       rospy.spin()
   

4. 运行测试：

• 添加可执行权限：chmod +x *.py
• 启动ROS核心：roscore
• 刷新环境变量：source ./devel/setup.bash
• 运行订阅者：rosrun test1_pub_sub sub01.py
• 运行发布者：rosrun test1_pub_sub pub01.py

通过以上步骤，读者可以完整地实现一个ROS话题通信案例，进一步理解ROS的核心通信机制。