ROS学习——（三）ROS的通信机制（上）

下面介绍ros中最重要的组成部分——通信。ros的通信将各个孤立的节点联系在一起，进行相应的数据传输和交流，可以说是ros运行的核心。

概述

四种核心通信方式：

1. Topic（话题 / 发布-订阅）

   • 模式：基于发布-订阅（Publish-Subscribe），一对多、多对多均可。
   • 用法：
     • 节点 A 发布（Publish）某个话题，例如 /scan，消息类型是 sensor_msgs/LaserScan。
     • 节点 B、C 等可以订阅（Subscribe）此话题，异步接收消息。
   • 特点：适合 连续数据流（如传感器数据、状态信息），节点间松耦合，无需知道对方具体是谁。

2. Service（服务 / 客户端-服务端）

   • 模式：基于请求-响应（Request-Response），一对一。
   • 用法：
     • 一个节点提供（advertise）服务，如 add_two_ints；
     • 另一个节点作为客户端调用（call）此服务，发送请求并等待响应。
   • 特点：适合 短时、同步 的指令或计算请求（比如执行某一次性动作、返回一次性结果）。

3. Action（动作 / 异步带反馈）

   • 模式：基于异步请求-反馈，可以在执行过程中持续发送进度，并可进行取消操作。
   • 用法：
     • 一个节点提供 Action 服务（Action Server），支持目标命令、取消命令、周期性反馈和最终结果。
     • 客户端（Action Client）发送目标任务，如“导航到坐标 (x, y)”，并可实时获取执行进度，必要时可取消。
   • 特点：适合 长时任务（如移动、抓取）且需周期性反馈、可中断。

4. Parameter Server（参数服务器）

   • 模式：集中式的键值数据库，存储在 roscore（Master）端。
   • 用法：
     • 使用 rosparam set/get 或在节点中通过 C++/Python API（nh.setParam(), nh.getParam()）读写参数。
   • 特点：适合在系统中 共享全局配置，如算法参数、阈值、校正系数等。

话题通信

实现过程

角色

1. master
2. talker
3. listener

流程

0. talker 提供信息—>话题+手机号（RPC）
1. listener 提供信息—>话题
2. master 把 talker 的信息提供给 listener
3. listener 打电话给 talker
4. talker 响应，给微信号（TCP）
5. listener 加了微信
6. talker 发消息

注意

1. 使用的协议：RPC（0-4） 和 TCP（5-6）[[RPC和TCP]]
2. 0 和 1 没有顺序关系
3. talker 和 listener 可以存在多个
4. 加了微信之后 master 就没用了
5. 流程已经封装好了

应用

1. 话题设置
2. 发布者实现[[发布者创建]]
3. 订阅者实现
4. 消息载体

发布者创建

示例：

#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"
#include 
 
int main(int argc, char *argv[])
{   
    //2.初始化 ROS 节点
    ros::init(argc,argv,"ljy");
    //3.创建节点句柄
    ros::NodeHandle nh;
    // 4.创建发布者对象
    ros::Publisher pub = nh.advertise<std_msgs::String>("fang",10);
    // 5.编写发布逻辑并发布数据
 
    //先创建被发布的消息   
    std_msgs::String msg;
    ros::Rate rate(10);
    int count =0;
    ros::Duration(3).sleep();//延迟发送，给发布者时间去rosmaster中注册
    //编写循环,循环中发布数据
    while(ros::ok())
    {
        count++;
        //创建字符串流
        std::stringstream ss;
        //输入字符串流中
        ss <<"chill"<<count;
        //字符串流整合成字符串给消息赋值
        msg.data = ss.str();
        //发布消息
        pub.publish(msg);
        //打印日志
        ROS_INFO("%s",ss.str().c_str());
        //发布速度
        rate.sleep();
    }

    return 0;
}

订阅方实现

示例

'#include "ros/ros.h"
'#include "std_msgs/String.h"
'#include <sstream>
 
void domsg(const std_msgs::String::ConstPtr &msg)//接收 msg 这个对象，并以引用的方式接收
{
    ROS_INFO("rjy_%s",msg->data.c_str());//获取 msg 中的 data 成员，并转换成 C 风格字符串
}

int main(int argc, char *argv[])
{   
    setlocale(LC_ALL,"");
    //2.初始化 ROS 节点
    ros::init(argc,argv,"rjy");
    //3.创建节点句柄
    ros::NodeHandle nh;
    // 4.创建发布者对象
    ros::Subscriber pub = nh.subscribe("fang",10,domsg);
    // 5.编写发布逻辑并发布数据
 
    ros::spin();//回头，循环上一行代码
    return 0;
}

ros的消息类型

1. 标准消息（std_msgs）

std_msgs 提供了一些最基础的数据类型，通常用来表示数值、布尔量、字符串等简单数据结构。常见的消息包括：

• Bool：布尔类型（true/false）。
• Int8/Int16/Int32/Int64，以及对应的无符号类型 UInt8/UInt16/UInt32/UInt64：不同位宽的整型。
• Float32/Float64：浮点数类型。
• String：字符串。
• Header：常被用于其他消息内，包含时间戳和坐标系 frame_id 等信息。

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2. 几何消息（geometry_msgs）

geometry_msgs 用于描述几何相关信息，如坐标、姿态、向量等。常见消息包括：

• Point：描述一个点的三维坐标 (x, y, z)。
• Quaternion：四元数形式的姿态 (x, y, z, w)。
• Vector3：三维向量 (x, y, z)。
• Pose：包含位置 (Point) 和姿态 (Quaternion)。
• Twist：包含线速度 (Vector3) 和角速度 (Vector3)。
• PoseStamped、TwistStamped 等：在 Pose、Twist 的基础上增加了消息头 (Header)。

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3. 传感器消息（sensor_msgs）

sensor_msgs 针对常见传感器数据做了统一的消息定义，如激光雷达、摄像头、IMU 等。常见消息包括：

• Image：图像数据（包含像素格式、分辨率等元数据）。
• CameraInfo：摄像头的标定信息（内参矩阵、畸变系数等）。
• LaserScan：二维激光扫描数据（激光角度范围、测距数组等）。
• PointCloud/PointCloud2：点云数据。
• Imu：惯性测量单元数据（线加速度、角速度、姿态等）。
• JointState：机器人关节状态（关节名称、位置、速度、力矩等）。

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4. 导航消息（nav_msgs）

nav_msgs 包含机器人导航和定位所需要的常见数据结构。主要包括：

• Odometry：里程计信息（Pose、Twist 等，用于描述机器人位姿与速度）。
• Path：一系列位姿（PoseStamped）组成的路径。
• MapMetaData：地图的元数据（分辨率、尺寸等）。
• OccupancyGrid：占据栅格地图，用于描述环境中的占用情况。

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5. 行为消息（actionlib_msgs）

actionlib_msgs 与 ROS 的 ActionLib（动作库）相关，定义了一些动作交互需要使用的消息类型，如 Goal、Feedback、Result 等，用于实现节点间的异步任务处理。

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6. 可视化消息（visualization_msgs）

visualization_msgs 提供了在 RViz 等可视化工具中进行可视化标记（marker）所用的消息类型，比如：

• Marker：可绘制的可视化标记，如箭头、立方体、文本等。
• MarkerArray：包含多个标记。

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7. 诊断消息（diagnostic_msgs）

diagnostic_msgs 用于向调试工具（如 rqt_console）发送系统状态和诊断信息，比如错误、警告、正常状态等。

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8. 其它常见消息包

• trajectory_msgs：机器人关节或运动轨迹相关（JointTrajectory、JointTrajectoryPoint 等）。
• control_msgs：常用于机器人手臂或关节控制（跟 actionlib 结合）。
• shape_msgs：用于描述几何形状，如网格（Mesh）、立方体、球等。
• tf2_msgs：用于坐标变换系统 (tf) 的消息类型。

自定义消息类型

1.创建 msg 文件及文件夹

内容：

string name
int32 age
float32 height

2.更改配置文件

• package.xml

添加：

<build_depend>message_generationbuild_depend>
<exec_depend>message_runtimeexec_depend>

• CMakeLists.txt

更改：

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
  roscpp
  rospy
  std_msgs
  message_generation
)

## Generate messages in the 'msg' folder
add_message_files(
  FILES
  person.msg
)

## Generate added messages and services with any dependencies listed here
generate_messages(
  DEPENDENCIES
  std_msgs
)
#编译时依赖

catkin_package(
#  INCLUDE_DIRS include
#  LIBRARIES topic
 CATKIN_DEPENDS roscpp rospy std_msgs message_runtime
#运行时依赖

3.编译

在devel 中生成.h 文件