ROS 快速入门教程02

5. Node 节点

以智能手机为例，当我们使用智能手机的某个功能时，大多时候在使用手机的某个APP。同样当我们使用ROS的某个功能时，使用的是ROS的某一个或者某一些节点。
在这里插入图片描述
虽然每次我们只使用ROS的某一个或者某一些节点，但我们无法下载单一节点，这些节点是以包的形式存储的，上一篇内容以讲解如何安装apt包，这里不再演示。

5.1 工作空间设置

这里以建立一个超声波工作包为例。
打开终端输入

cd catkin_ws/src #进入代码目录
catkin_create_pkg ssr_pkg rospy roscpp std_msgs

catkin_create_pkg +包名+依赖项列表

catkin_create_pkg 是 ROS 中用来创建包的命令。
ssr_pkg 是你要创建的包的名字。
rospy, roscpp, std_msgs 是你在创建包时所依赖的 ROS 包。
简单来说，这条命令会创建一个名为 ssr_pkg 的 ROS 包，并自动将 rospy（Python客户端库）、roscpp（C++客户端库）和 std_msgs（标准消息类型）作为依赖项包含进去。

5.1.1 学习roscpp依赖项

打开终端输入

roscd roscpp
ls
code package.xml

在这里插入图片描述

name：包名
version：版本
description：包的内容描述
maintainer：维护者信息
有以上四条内容的xml文件基本能确定该目录里存放ros的一个功能包，以后可以根据这种方式判断目录是否为ros功能包。

5.2 自创软件包和下载软件包的区别

我们注意到roscpp这个软件包在/opt/ros/noetic/share文件夹下，该文件夹下还有许多软件包。
这些软件包都是我们使用sudo apt install指令或安装ROS自带下载下来的。
这些软件包与我们建立的catkin_ws工作目录下的软件包不同点在于，这些包是现成的可执行文件可以直接使用执行，而catkin_ws目录下的都是源码文件，需要编译后才能运行。
这时我们可以回想在.bashrc文件里编辑的两条指令：
在这里插入图片描述

第一条便是加载apt下载的软件包地址，第二个加载catkin_ws目录下的软件包地址。

5.3 创建超声波包的节点

打开vscode，创建chao_node.cpp文件。
在这里插入图片描述

#include<ros/ros.h>
int main(int argc, char **argv)
{
    printf("Hello, ROS!\n");
    return 0;
}

如有爆红，请删除json文件并重启vscode,打开setting.json，调整至 "C_Cpp.errorSquiggles": "disabled"
在这里插入图片描述

5.4 编译文件

打开CMakeList文件找到Build章节。
在这里插入图片描述
找到

add_executable(${PROJECT_NAME}_node src/ssr_pkg_node.cpp)

复制后放到最下面，取消注释并改为：

add_executable(chao_node src/chao_node.cpp)

然后运行编译：
在这里插入图片描述

5.5 运行节点

打开两个终端分别输入

roscore

rosrun ssr_pkg chao_node

在这里插入图片描述
用vscode打开chao_node文件。

#include<ros/ros.h>
int main(int argc, char **argv)
{
    ros::init(argc, argv, "chao_node");
    printf("当你能编译这条指令时，你已经基本学会ROS节点的编译了。\n");
    return 0;
}

打开CMakeList找到

 target_link_libraries(${PROJECT_NAME}_node
   ${catkin_LIBRARIES}
 )

复制到最下面取消注释，改为：

 target_link_libraries(chao_node
  ${catkin_LIBRARIES}
 )

保存并编译。
在这里插入图片描述

5.6 ROS中的while循环

与cpp中的while循环不同，ROS中的while循环括号内并不是存放true or false而是ros::ok()。

5.7 小结

在这里插入图片描述

6.Topic话题与Message消息

6.1 Topic（话题）

话题是一种消息通信的机制，在 ROS 中用于实现 发布-订阅 模式。发布者（Publisher）将数据发布到一个话题上，而订阅者（Subscriber）订阅该话题来接收数据。话题是无连接的，即它不要求发布者和订阅者之间建立直接的联系。

发布者（Publisher）：一个节点可以作为话题的发布者，定期将数据发送到指定的话题。
订阅者（Subscriber）：另一个节点可以订阅该话题，从中接收数据。

在 ROS 中，话题通常是用于传输实时数据，例如传感器数据、机器人状态信息等。

特点：

无连接性：发布者和订阅者之间没有直接连接，它们通过话题传递消息。
异步通信：数据发送和接收是异步的，发布者可以继续发布数据，订阅者接收到数据后进行处理。
多对多通信：一个话题可以同时有多个发布者和多个订阅者。

6.2 Message（消息）

消息是 ROS 中传输的数据格式。它定义了数据的类型和结构，类似于一个数据包。消息的结构由字段组成，这些字段的类型可以是简单的基础类型（如 int、float）或复杂的自定义类型（如数组、结构体等）。

ROS 提供了许多标准消息类型，如 std_msgs/String、sensor_msgs/Image、geometry_msgs/Twist 等，用户也可以定义自定义的消息类型。

消息的类型：

标准消息类型：ROS 定义了很多标准消息类型，可以直接使用。例如，std_msgs/String 用于传递字符串数据，sensor_msgs/Image 用于传递图像数据，geometry_msgs/Twist 用于表示机器人运动的线速度和角速度等。
自定义消息类型：用户可以根据需要定义自己的消息类型。自定义消息通常通过 .msg 文件来描述，它们存储在 ROS 包中并在编译时生成相应的代码。
消息的定义格式：

ROS 中的消息通过 .msg 文件定义，文件中的每一行都描述了一个字段及其数据类型。例如，一个自定义的消息文件 Person.msg 可能会像这样定义：

string name
int32 age
float32 height

该文件描述了一个 Person 消息类型，包含了 name（字符串）、age（32位整数）和 height（32位浮点数）三个字段。

消息的发布与订阅：

发布者发送消息：发布者通过 advertise() 函数来创建一个话题并开始发布消息。
订阅者接收消息：订阅者通过 subscribe() 函数来订阅一个话题，并在回调函数中处理接收到的消息。

话题与消息的关系

话题是一个数据流的通道，是消息的发布和订阅的载体。节点通过发布和订阅话题来进行数据交换。
消息是话题上传输的具体数据内容。消息通过话题从发布者传递到订阅者，订阅者可以通过回调函数处理接收到的消息。

消息类型和自定义消息

ROS 提供了很多常见的消息类型，便于开发者使用，如：

std_msgs/String：字符串消息。
geometry_msgs/Twist：用于表示机器人速度的消息，包含线速度和角速度。
sensor_msgs/Image：用于传输图像数据的消息。

如果预定义的消息类型不能满足需求，开发者可以创建自定义消息类型。自定义消息类型是通过 .msg 文件定义的，ROS 会根据这些文件自动生成 C++ 和 Python 代码，使得这些消息可以被传递和处理。

6.3 小结

在这里插入图片描述

7.使用C++编写Publisher发布者节点

打开之前的chao_node.cpp，改为：

#include<ros/ros.h>
#include<std_msgs/String.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    ros::init(argc, argv, "chao_node");
    printf("你已经成功编译了一个ROS节点\n");

    ros::NodeHandle nh;
    ros::Publisher pub = nh.advertise<std_msgs::String>("ssr_node_topic", 10);
    
    while(ros::ok())
    {
       printf("你已经成功编译了一个ROS节点！\n");
       std_msgs::String msg;
       msg.data = "Hello, ROS!";
       pub.publish(msg);
    }
    return 0;
}

NodeHandle 是 ROS 中用于与 ROS 系统交互的接口。它为节点提供了一些基本的功能，包括与 ROS 参数服务器的交互、发布/订阅话题、服务调用等。创建 NodeHandle 实例时，它会自动连接到 ROS Master，并初始化该节点的相关通信设施。nh 是一个 ros::NodeHandle 类型的对象，用于在当前节点中执行与 ROS 系统的通信任务。
nh.advertise<std_msgs::String>("ssr_node_topic", 10)：这是 NodeHandle 对象 nh 调用的 advertise 函数，作用是告诉 ROS 系统：当前节点将向名为 "ssr_node_topic" 的话题发布消息，消息类型为 std_msgs::String，并且该话题的队列大小为 10。即，当消息还未被消费时，最多有 10 个消息会被保存在队列中，超过这个数目时，新的消息将会丢弃（或覆盖掉旧的消息，取决于配置）。
ros::Publisher pub：创建一个 ros::Publisher 类型的对象 pub，它是用来管理消息发布操作的。通过它，你可以发布消息到话题中。
std_msgs::String 的消息对象 msg。std_msgs::String 是 ROS 中的一种消息类型，用于传输字符串数据。msg 是一个 std_msgs::String 类型的变量，表示一个消息实例，你可以将要发布的数据（即字符串）赋给 msg 的 data 字段。
pub.publish(msg) 是调用 ros::Publisher 对象 pub 的 publish 方法，该方法负责将消息发送到指定的话题。msg 是要发布的消息对象，这里它包含了一个字符串 "Hello, ROS!"。当调用 publish(msg) 时，ROS 会将消息 msg 发布到在创建 pub 时指定的 "ssr_node_topic" 话题上，其他节点如果订阅了该话题，就会收到这个消息。

7.2 运行新节点

启动roscore，再打开新的终端输入rosrun ssr_pkg chao_node
在这里插入图片描述
在打开新的终端输入命令，查看当前运行的话题

rostopic list

在这里插入图片描述
再输入

rostopic echo /ssr_node_topic

查看话题内容
在这里插入图片描述
创建新窗口输入，查看话题每秒钟发送频率。

rostopic hz /ssr_node_topic

在这里插入图片描述

7.2 控制话题频率

#include<ros/ros.h>
#include<std_msgs/String.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    ros::init(argc, argv, "chao_node");
    printf("你已经成功编译了一个ROS节点\n");

    ros::NodeHandle nh;
    ros::Publisher pub = nh.advertise<std_msgs::String>("ssr_node_topic", 10);
    ros::Rate loop_rate(10);
    while(ros::ok())
    {
       printf("你已经成功编译了一个ROS节点！\n");
       std_msgs::String msg;
       msg.data = "Hello, ROS!";
       pub.publish(msg);
       loop_rate.sleep();
    }
    return 0;
}