ROS实操：通信机制的实现

最近闲来无事，打算重温了一下ROS方面的相关知识。先前的学习都是一带而过，发现差不多都忘了，学习的不够深入。因此，在重温的同时，写下了这篇关于ROS架构的学习博客。

上一篇博客的链接为：ROS架构的学习【Noetic】-CSDN博客

主要简单介绍了一下ROS的基本架构，下面以实操的演示来进行后续的学习并记录。

本篇博客主要是通过ROS内置的turtlesim案例，结合ROS命令获取节点、话题、话题消息、服务、服务消息与参数的信息，最终再以编码的方式实现乌龟运动的控制、乌龟位姿的订阅、乌龟生成与乌龟窗体背景颜色的修改。

0 测试 ROS

在实操前，请先安装好ROS和相关配置。

我使用的是虚拟机Ubuntu20.04和ROS1（noetic）版本

ROS 内置了一些小程序，可以通过运行这些小程序以检测 ROS 环境是否可以正常运行：

首先启动三个命令行(ctrl + alt + T)
命令行1键入:roscore
命令行2键入:rosrun turtlesim turtlesim_node (此时会弹出图形化界面)
命令行3键入:rosrun turtlesim turtle_teleop_key (在3中可以通过上下左右控制2中乌龟的运动)

最终结果如下所示（注意：光标必须聚焦在键盘控制窗口，否则无法控制乌龟运动）:

下面来试试控制乌龟做圆周运动（极简实现）：
新开一个终端，输入指令：

rostopic pub -r 10 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist "linear:

然后使用Tab进行补齐，出现如下图所示的终端：

然后再修改 linear: x为1.0 , angular: z为1.0，回车执行，发现乌龟转了起来：

1 实操: 话题发布

下面我们使用VScode编辑器IDE来进行实操环节的代码编写流程展示：

首先在src下新建一个功能包：

后面出现如下界面，输入包名 plumbing_test 后回车：

再输入依赖 roscpp rospy std_msgs geometry_msgs 后再次回车：

发现功能包创建成功：

实现方案A: C++

下面继续在这个功能包(plumbing_test)的src目录中创建一个文件：test01_pub_twist.cpp

将如下C++代码复制到 test01_pub_twist.cpp 文件当中：

/*
    编写 ROS 节点，控制小乌龟画圆

    准备工作:
        1.获取topic(已知: /turtle1/cmd_vel)
        2.获取消息类型(已知: geometry_msgs/Twist)
        3.运行前，注意先启动 turtlesim_node 节点

    实现流程:
        1.包含头文件
        2.初始化 ROS 节点
        3.创建发布者对象
        4.循环发布运动控制消息
*/

#include "ros/ros.h"
#include "geometry_msgs/Twist.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
    setlocale(LC_ALL,"");
    // 2.初始化 ROS 节点
    ros::init(argc,argv,"control");
    ros::NodeHandle nh;
    // 3.创建发布者对象
    ros::Publisher pub = nh.advertise<geometry_msgs::Twist>("/turtle1/cmd_vel",1000);
    // 4.循环发布运动控制消息
    //4-1.组织消息
    geometry_msgs::Twist msg;
    msg.linear.x = 1.0;
    msg.linear.y = 0.0;
    msg.linear.z = 0.0;

    msg.angular.x = 0.0;
    msg.angular.y = 0.0;
    msg.angular.z = 2.0;

    //4-2.设置发送频率
    ros::Rate r(10);
    //4-3.循环发送
    while (ros::ok())
    {
        pub.publish(msg);

        ros::spinOnce();
    }


    return 0;
}

下面还需要对同级目录下的CMakeLists.txt文件进行配置：

配置完成后，进行编译catkin_make：

必须确保编译成功。发现编译无误之后，我们继续新开一个终端：

我这里进行了终端分屏，左边启动roscore，右边启动乌龟的GUI，在终端内输入并执行：

rosrun turtlesim turtlesim_node

发现GUI界面启动成功，再开启一个终端后进入我们的工作空间内：

source一下，继续输入并回车：

source ./devel/setup.bash

下面运行一下我们刚刚编写的节点，继续输入并回车：

rosrun plumbing_test test01_pub_twist

发现小乌龟开始转了起来：

实现方案B: Python

下面在plumbing_test的目录中新建一个scripts目录；

继续在这个scripts目录中创建一个文件：test01_pub_twist_p.py

将如下Python代码复制到 test01_pub_twist_p.py 文件当中：

#! /usr/bin/env python
"""
    编写 ROS 节点，控制小乌龟画圆

    准备工作:
        1.获取topic(已知: /turtle1/cmd_vel)
        2.获取消息类型(已知: geometry_msgs/Twist)
        3.运行前，注意先启动 turtlesim_node 节点

    实现流程:
        1.导包
        2.初始化 ROS 节点
        3.创建发布者对象
        4.循环发布运动控制消息

"""

import rospy
from geometry_msgs.msg import Twist

if __name__ == "__main__":
    # 2.初始化 ROS 节点
    rospy.init_node("control_circle_p")
    # 3.创建发布者对象
    pub = rospy.Publisher("/turtle1/cmd_vel",Twist,queue_size=1000)
    # 4.循环发布运动控制消息
    rate = rospy.Rate(10)
    msg = Twist()
    msg.linear.x = 1.0
    msg.linear.y = 0.0
    msg.linear.z = 0.0
    msg.angular.x = 0.0
    msg.angular.y = 0.0
    msg.angular.z = 0.5

    while not rospy.is_shutdown():
        pub.publish(msg)
        rate.sleep()

Python文件保存后，需要对其添加可执行权限，在scripts目录下开启一个终端后输入：