ROS入门 — 2、ROS通信机制

ROS入门 — 2、ROS通信机制

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/A1127409282/article/details/139698480

本文详细介绍了ROS（Robot Operating System）的通信机制，包括节点、话题、服务和参数服务器的理论模型和操作指令。对于ROS初学者来说，本文将帮助你快速理解ROS的核心概念和基本操作。

一、ROS节点

1.1 ROS计算图

计算图（Computation Graph）是一个由ROS进程组成的点对点网络，它们能够共同处理数据。ROS的基本计算图概念有节点（Nodes）、主节点（Master）、参数服务器（Parameter Server）、消息（Messages）、服务（Services）、话题（Topics）和袋（Bags），它们都以不同的方式向图（Graph）提供数据。

• 节点（Nodes）：节点是一个可执行文件，它可以通过ROS来与其他节点进行通信。
• 消息（Messages）：订阅或发布话题时所使用的ROS数据类型。
• 话题（Topics）：节点可以将消息发布到话题，或通过订阅话题来接收消息。
• 主节点（Master）：ROS的命名服务，例如帮助节点发现彼此。
• rosout：在ROS中相当于stdout/stderr（标准输出/标准错误）。
• roscore：主节点 + rosout + 参数服务器（会在以后介绍）

1.2 节点

节点是ROS软件包中的一个可执行文件。ROS节点使用ROS客户端库与其他节点通信。节点可以发布或订阅话题，也可以提供或使用服务。

客户端库：ROS客户端库可以让用不同编程语言编写的节点进行相互通信

• rospy = Python客户端库
• roscpp = C++客户端库

1.3 节点相关操作指令

1.3.1 roscore

• 作用：roscore运行一个master+rosout+参数服务器，是运行所有ROS程序前首先要运行的命令。

• 用法：

roscore

• 注：

• 如果roscore运行后没有初始化，很有可能是网络配置的问题。

• 如果roscore不能初始化并提示缺少权限，可能是因为~/.ros目录属于root用户（只有root用户才能访问），可以用以下命令递归地更改该目录的所有权：

sudo chown -R <your_username> ~/.ros

1.3.2 rosnode

• 作用：rosnode显示当前正在运行的ROS节点信息

• 用法：

rosnode list ：列出启动的节点
rosnode info /rosout（某节点） ：返回的是某个指定节点的信息。
rosnode ping my_turtle（某节点）：测试某节点的是否正常

• 注：

• 当打开一个新的终端时，环境将会重置，~/.bashrc文件将会生效。如果你在运行rosnode等命令时出现一些问题，那么可能需要将一些环境设置文件添加到 ~/.bashrc或手动source一下。

1.3.3 rosrun

• 作用：用包名直接运行软件包内的节点（而不需要知道包的路径）。

• 用法：

rosrun [package_name] [node_name]

二、ROS话题

2.1 话题通信理论模型

话题通信实现模型涉及到三个角色：

• ROS Master (管理者)：负责保管 Talker 和 Listener 注册的信息，并匹配话题相同的 Talker 与 Listener，帮助 Talker 与 Listener 建立连接
• Talker (发布者)：Talker 发布消息
• Listener (订阅者)：Listener 订阅消息

流程实现步骤：

• Talker注册:Talker启动后，会通过RPC在 ROS Master 中注册自身信息，其中包含所发布消息的话题名称。ROS Master 会将节点的注册信息加入到注册表中。

• Listener注册:Listener启动后，也会通过RPC在 ROS Master 中注册自身信息，包含需要订阅消息的话题名。ROS Master 会将节点的注册信息加入到注册表中。
• ROS Master实现信息匹配:ROS Master 会根据注册表中的信息匹配Talker 和 Listener，并通过 RPC 向 Listener 发送 Talker 的 RPC 地址信息。
• Listener向Talker发送请求:Listener 根据接收到的 RPC 地址，通过 RPC 向 Talker 发送连接请求，传输订阅的话题名称、消息类型以及通信协议(TCP/UDP)。
• Talker确认请求:Talker 接收到 Listener 的请求后，也是通过 RPC 向 Listener 确认连接信息，并发送自身的 TCP 地址信息。
• Listener与Talker件里连接:Listener 根据步骤4 返回的消息使用 TCP 与 Talker 建立网络连接。
• Talker向Listener发送消息:连接建立后，Talker 开始向 Listener 发布消息。

注：

• 上述实现流程中，前五步使用的 RPC协议，最后两步使用的是 TCP 协议
• Talker 与 Listener 的启动无先后顺序要求
• Talker 与 Listener 都可以有多个
• Talker 与 Listener 连接建立后，不再需要 ROS Master。也即，即便关闭ROS Master，Talker 与
  Listern 照常通信。

2.2 话题相关操作指令

2.2.1 rostopic

• 作用：获取ROS话题的信息。

• 用法：

rostopic echo [topic]：显示在topic话题上发布的数据。
rostopic list -v（选项）：列出当前已被订阅和发布的所有话题。 -v：会列出所有发布和订阅的主题及其类型的详细信息。
rostopic type [topic]：来查看topic话题的消息类型。
rostopic pub [topic] [msg_type] [args]：向topic话题中发送具体msg_type类型、具体args参数的的数据
rostopic hz [topic]：查看topic话题中数据的发布速率

2.3 ROS消息

话题的通信是通过节点间发送ROS消息实现的。为了使发布者和订阅者进行通信，发布者和订阅者必须发送和接收相同类型的消息。所以ROS中的话题与消息，就好比生活中的水管和水。发布者与订阅者先通过水管
（话题）进行连接，随后开通水流（发送消息）。

• ROS消息查看指令：

rosmsg show 消息：查看消息的详细信息

三、ROS服务

3.1 服务通信理论模型

服务通信中模型涉及到三个角色:

• ROS master(管理者)：保管 Server 和 Client 注册的信息，并匹配话题相同的 Server 与 Client ，帮助 Server 与 Client 建立连接
• Server(服务端)：Client 发送请求信息
• Client(客户端)：Client 发送请求信息

流程实现步骤：

• Server注册：Server 启动后，会通过RPC在 ROS Master 中注册自身信息，其中包含提供的服务的名称。ROS Master 会将节点的注册信息加入到注册表中。
• Client注册：Client 启动后，也会通过RPC在 ROS Master 中注册自身信息，包含需要请求的服务的名称。ROS Master 会将节点的注册信息加入到注册表中。
• ROS Master实现信息匹配：ROS Master 会根据注册表中的信息匹配Server和 Client，并通过 RPC 向 Client 发送 Server 的 TCP 地址信息。
• Client发送请求：Client 根据步骤2 响应的信息，使用 TCP 与 Server 建立网络连接，并发送请求数据。
• Server发送响应：Server 接收、解析请求的数据，并产生响应结果返回给 Client。

注：

• 客户端请求被处理时，需要保证服务器已经启动；
• 服务端和客户端都可以存在多个。

3.2 服务相关操作指令

3.2.1 rosservice

• 作用：获取服务信息

• 用法：

rosservice list：查看启动的所有服务
rosservice type [service]：输出service服务的类型
rosservice type /spawn | rossrv show：查看/spawn服务的rossrv show信息
rosservice call [service] [args]：用给定的args参数调用service服务
rosservice find [service]        按服务的类型查找服务
rosservice uri          输出服务的ROSRPC uri

四、ROS参数服务器

4.1 参数服务器理论模型

参数服务器中模型涉及到三个角色：

• ROS Master (管理者)：公共容器保存参数
• Talker (参数设置者)：向容器中设置参数
• Listener (参数调用者)：获取参数

流程实现步骤：

• Talker 设置参数：Talker 通过 RPC 向参数服务器发送参数(包括参数名与参数值)，ROS Master 将参数保存到参数列表中。
• Listener 获取参数：Listener 通过 RPC 向参数服务器发送参数查找请求，请求中包含要查找的参数名。
• ROS Master 向 Listener 发送参数值：OS Master 根据步骤2请求提供的参数名查找参数值，并将查询结果通过 RPC 发送给 Listener。

参数可使用数据类型:

32-bit integers booleans strings
doubles iso8601 dates base64-encoded binary data
字典 lists

注意:参数服务器不是为高性能而设计的，因此最好用于存储静态的非二进制的简单数据

4.2 参数服务器相关操作指令

4.2.1 rosparam

• 作用：能让我们在ROS参数服务器上存储和操作数据

• 用法：

rosparam set [param_name] [value]：设置参数
rosparam get [param_name]：获取参数
rosparam load [file_name] [namespace]：从文件中加载参数，还可以对文件重命名。
rosparam dump [file_name] [namespace]：向文件中转储参数
rosparam delete [param_name]：删除参数
rosparam list：查看参数服务器所有参数