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ROS话题通信详细讲解：从原理到实战

创作时间:

作者:

@小白创作中心

ROS话题通信详细讲解：从原理到实战

引用

CSDN

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

发布方将话题和RPC地址发布给管理者
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
订阅方与发布方连接，发布方将TCP地址给订阅方
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

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
```
打开VSCode，建立Catkin Package：

输入功能包名字
依赖包：roscpp rospy std_msgs

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

修改配置文件：

主要修改"cStandard"和"cppStandard"，确保代码有提示

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;
}

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;
}

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

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

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()

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()