ROS话题通信详细讲解：从概念到实战案例

ROS话题通信详细讲解：从概念到实战案例

引用

CSDN

1.

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

ROS话题通信是ROS使用最多的通信模式，通常用于数据的传输。本文将详细介绍ROS话题通信的概念、实现原理以及具体的案例实现。通过C++和Python两种编程语言，我们将展示如何实现发布者和订阅者，并提供完整的代码示例和详细的步骤说明。

数据类型

在讲解ROS话题通信之前，有必要了解与ROS配套的数据类型包std_msgs中包含的类型：

• 整型：int8，int16，int32，int64（有int就有无符号整型uint，可以完全替代）
• 浮点型：float32，float64
• 其他类型：string，time，duration

此外，还可以自定义数据类型，但本文暂不涉及。

话题通信

话题通信是ROS使用最多的通信模式，通常用于数据的传输。

概念

话题通信基于发布订阅模式，由四个部分组成：

• 发布方：负责在特定的话题中发布数据
• 订阅方：负责从特定的话题中获取数据
• 管理者：ROS内置，负责将发布者和订阅者建立连接
• 话题：可以是一件事或一个主题，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

下图展示了ROS话题通信的实现原理：

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

案例实现

案例要求

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. 在终端中输入以下命令，建立demo02_ws文件夹和该文件夹下的src文件夹：

   mkdir -p demo02_ws/src
   

2. 进入demo02_ws文件夹：

   cd demo02_ws
   

3. 在demo02_ws中建立工作空间：

   catkin_make
   

4. 打开VSCode：

   code .
   

5. 在src文件夹中创建新的Catkin包，输入功能包名字，并提供依赖：

   roscpp rospy std_msgs
   

6. 修改VSCode的配置文件（如果在集成环境中实现可以跳过）：

   {
       "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"
           }
       ]
   }
   

   按Ctrl+s保存。

C++实现

1. 修改配置文件（在C++编写中，如果不修改可能没有提示），主要修改"cStandard"和"cppStandard"：

   {
       "cStandard": "gnu11",
       "cppStandard": "c++11"
   }
   

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[])
   {
       // 初始化ROS节点
       ros::init(argc, argv, "pub01");
       // 建立节点句柄
       ros::NodeHandle nh;
       // 建立发布者对象
       ros::Publisher pub = nh.advertise<std_msgs::Int32>("fibonacci", 10);
       // 设置发布频率
       ros::Rate rate(10);
       // 创建被发布的数据消息
       std_msgs::Int32 msg;
       // 初始化num1和num2
       int num1 = 0;
       int num2 = 1;
       // 优化操作：休眠，等待发布方在管理者那里注册完毕，避免丢失信息
       ros::Duration(2).sleep();
       // 建立循环
       while (ros::ok())
       {
           // 生成斐波那契数列
           int tmp = num2;
           num2 += num1;
           num1 = tmp;
           // 将生成的整形存入msg中
           msg.data = num1;
           // 发布数据
           pub.publish(msg);
           // 休眠使频率生效
           rate.sleep();
           // 官方建议添加，处理回调函数
           ros::spinOnce();
       }
       return 0;
   }
   

3. 建立订阅者实现文件：

   #include "ros/ros.h"
   #include "std_msgs/Int32.h"
   
   // 回调函数——用于处理订阅到的数据
   void doMsg(const std_msgs::Int32::ConstPtr &msg)
   {
       std::cout << msg->data << std::endl;
   }
   
   int main(int argc, char *argv[])
   {
       // 初始化ROS节点
       ros::init(argc, argv, "sub01");
       // 创建节点句柄
       ros::NodeHandle nh;
       // 创建订阅者对象
       ros::Subscriber sub = nh.subscribe("fibonacci", 10, doMsg);
       // spin()函数回旋
       ros::spin();
       return 0;
   }
   

4. 编译与运行：

• 修改CMakeLists.txt文件：

  add_executable(pub01 src/pub01.cpp)
  add_executable(sub01 src/sub01.cpp)
  target_link_libraries(pub01 ${catkin_LIBRARIES})
  target_link_libraries(sub01 ${catkin_LIBRARIES})
  

• 启动ROS核心：

  roscore
  

• 刷新环境变量：

  source ./devel/setup.bash
  

• 运行订阅方：

  rosrun test1_pub_sub sub01
  

• 运行发布方：

  rosrun test1_pub_sub pub01
  

Python实现

1. 创建文件夹：

• 在test1_pub_sub文件夹中创建scripts文件夹
• 在scripts文件夹中创建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__":
       # 初始化ROS节点
       rospy.init_node("pub01_p")
       # 建立发布者对象
       pub = rospy.Publisher("fibonacci", Int32, queue_size=10)
       # 建立数据消息变量
       msg = Int32()
       # 设置频率
       rate = rospy.Rate(10)
       # 优化操作：休眠2秒，等待发布方在管理者那里注册完毕
       rospy.sleep(2)
       # 初始化两个用于生成斐波那契数列的变量
       num1 = 0
       num2 = 1
       # 建立循环
       while not rospy.is_shutdown():
           tmp = num2
           num2 += num1
           num1 = tmp
           # 存储数据到消息变量中
           msg.data = num1
           # 发布数据
           pub.publish(msg)
           # 休眠保证循环的频率是rate设置的频率
           rate.sleep()
   

3. 订阅者实现：

   #! /usr/bin/env python
   import rospy
   from std_msgs.msg import Int32
   
   # 编写回调函数
   def doMsg(msg):
       # 打印
       rospy.loginfo("%d", msg.data)
   
   if __name__ == "__main__":
       # 初始化ROS节点
       rospy.init_node("sub01_p")
       # 建立订阅者对象
       sub = rospy.Subscriber("fibonacci", Int32, doMsg, queue_size=10)
       # spin()函数回旋
       rospy.spin()
   

4. 运行测试：

• 添加可执行权限：

  chmod +x *.py
  

• 修改CMakeLists.txt文件：

  catkin_install_python(PROGRAMS
    scripts/pub01.py
    scripts/sub01.py
    DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION}
  )
  

• 启动ROS核心：

  roscore
  

• 刷新环境变量：

  source ./devel/setup.bash
  

• 先运行订阅方：

  rosrun test1_pub_sub sub01.py
  

• 运行发布方：

  rosrun test1_pub_sub pub01.py