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【ROS2指南-12】编写一个简单的发布者和订阅者

【ROS2指南-12】编写一个简单的发布者和订阅者

目标:使用 C++ 创建并运行发布者和订阅者节点

教程级别:初学者

时间: 20分钟

内容

  • 背景

  • 先决条件

  • 任务

    • 1 创建一个包

    • 2 编写发布者节点

    • 3 编写订阅者节点

    • 4 构建并运行

  • 概括

  • 下一步

  • 相关内容

背景

节点是通过 ROS graph进行通信的可执行进程。在本教程中,节点将通过主题以字符串消息的形式相互传递信息。这里使用的例子是一个简单的“talker”和“listener”系统;一个节点发布数据,另一个节点订阅该主题,以便它可以接收该数据。

先决条件

在之前的教程中,学习了如何创建工作区和创建包。

任务

1 创建一个包

打开一个新终端并 source,这样ros2命令就可以工作了。

导航到在上一教程 dev_ws 中创建的目录。

回想一下,应该在src目录中创建包,而不是在工作空间的根目录中。因此,导航到 dev_ws/src并运行包创建命令:

ros2 pkg create --build-type ament_cmake cpp_pubsub

您的终端将返回一条消息,验证您的包及其所有必要文件和文件夹。

cd 到 dev_ws/src/cpp_pubsub/src. 回想一下,这是包含可执行文件的源文件所属的任何 CMake 包中的目录。

2 编写发布者节点

通过输入以下命令下载示例 talker 代码:

wget -O publisher_member_function.cpp https://raw.githubusercontent.com/ros2/examples/dashing/rclcpp/minimal_publisher/member_function.cpp

现在将有一个名为publisher_member_function.cpp. 使用您喜欢的文本编辑器打开文件。

#include <chrono>
#include <functional>
#include <memory>
#include <string>#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"using namespace std::chrono_literals;/* This example creates a subclass of Node and uses std::bind() to register a
* member function as a callback from the timer. */class MinimalPublisher : public rclcpp::Node
{public:MinimalPublisher(): Node("minimal_publisher"), count_(0){publisher_ = this->create_publisher<std_msgs::msg::String>("topic", 10);timer_ = this->create_wall_timer(500ms, std::bind(&MinimalPublisher::timer_callback, this));}private:void timer_callback(){auto message = std_msgs::msg::String();message.data = "Hello, world! " + std::to_string(count_++);RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Publishing: '%s'", message.data.c_str());publisher_->publish(message);}rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_;rclcpp::Publisher<std_msgs::msg::String>::SharedPtr publisher_;size_t count_;
};int main(int argc, char * argv[])
{rclcpp::init(argc, argv);rclcpp::spin(std::make_shared<MinimalPublisher>());rclcpp::shutdown();return 0;
}

2.1 检查代码

代码的顶部包括您将使用的标准 C++ 标头。在标准 C++ 标头之后是rclcpp/rclcpp.hpp,它允许您使用 ROS 2 系统的最常见部分。最后是std_msgs/msg/string.hpp,其中包括您将用于发布数据的内置消息类型。

这些行代表节点的依赖关系。回想一下,必须将依赖项添加到package.xmlCMakeLists.txt,您将在下一节中执行此操作。

#include <chrono>
#include <functional>
#include <memory>
#include <string>#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"using namespace std::chrono_literals;

下一行MinimalPublisher通过继承自来创建节点类rclcpp::Node。代码中的每个this指的都是节点。

class MinimalPublisher : public rclcpp::Node

构造函数命名节点minimal_publisher并初始化count_为 0。在构造函数内部,发布者使用String消息类型、主题名称topic和消息所需的队列大小进行初始化。接下来,timer_被初始化,这导致该timer_callback函数每秒执行两次。

public:MinimalPublisher(): Node("minimal_publisher"), count_(0){publisher_ = this->create_publisher<std_msgs::msg::String>("topic", 10);timer_ = this->create_wall_timer(500ms, std::bind(&MinimalPublisher::timer_callback, this));}

timer_callback函数是设置消息数据和实际发布消息的地方。该RCLCPP_INFO宏确保每条发布的消息都打印到控制台。

private:void timer_callback(){auto message = std_msgs::msg::String();message.data = "Hello, world! " + std::to_string(count_++);RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Publishing: '%s'", message.data.c_str());publisher_->publish(message);}

最后是计时器、发布者和计数器字段的声明。

rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_;
rclcpp::Publisher<std_msgs::msg::String>::SharedPtr publisher_;
size_t count_;

在类之后MinimalPublishermain,节点实际执行的地方。rclcpp::init初始化 ROS 2,并rclcpp::spin开始处理来自节点的数据,包括来自计时器的回调。

int main(int argc, char * argv[])
{rclcpp::init(argc, argv);rclcpp::spin(std::make_shared<MinimalPublisher>());rclcpp::shutdown();return 0;
}

2.2 添加依赖

回上一级目录 dev_ws/src/cpp_pubsub,其中已经为您创建了CMakeLists.txt和文件。package.xml

package.xml用你的文本编辑器打开。

如上一教程所述,请务必填写<description>,<maintainer><license>标签:

<description>Examples of minimal publisher/subscriber using rclcpp</description>
<maintainer email="you@email.com">Your Name</maintainer>
<license>Apache License 2.0</license>

在 buildtool 依赖项之后添加一个新行ament_cmake,并粘贴与您节点的 include 语句相对应的以下依赖项:

<depend>rclcpp</depend>
<depend>std_msgs</depend>

这声明了包执行其代码的需求 rclcpp以及std_msgs

2.3 CMakeLists.txt

现在打开CMakeLists.txt文件。在现有依赖项下方,添加以下行:find_package(ament_cmake REQUIRED)

find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(std_msgs REQUIRED)

之后,添加可执行文件并为其命名talker,以便您可以使用以下命令运行您的节点:

ros2 run

add_executable(talker src/publisher_member_function.cpp)
ament_target_dependencies(talker rclcpp std_msgs)

最后,添加install(TARGETS…)部分以便找到您的可执行文件:ros2 run

install(TARGETStalkerDESTINATION lib/${PROJECT_NAME})

您可以通过删除一些不必要的部分和评论来清理您的CMakeLists.txt内容,因此它看起来像这样:

cmake_minimum_required(VERSION 3.5)
project(cpp_pubsub)#Default to C++14
if(NOT CMAKE_CXX_STANDARD)set(CMAKE_CXX_STANDARD 14)
endif()if(CMAKE_COMPILER_IS_GNUCXX OR CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "Clang")add_compile_options(-Wall -Wextra -Wpedantic)
endif()find_package(ament_cmake REQUIRED)
find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(std_msgs REQUIRED)add_executable(talker src/publisher_member_function.cpp)
ament_target_dependencies(talker rclcpp std_msgs)install(TARGETStalkerDESTINATION lib/${PROJECT_NAME})ament_package()

您现在可以构建您的程序包,获取本地设置文件并运行它,但让我们先创建订阅者节点,以便您可以看到整个系统在工作。

3 编写订阅者节点

返回 dev_ws/src/cpp_pubsub/src 以创建下一个节点。在您的终端中输入以下代码:

wget -O subscriber_member_function.cpp https://raw.githubusercontent.com/ros2/examples/dashing/rclcpp/minimal_subscriber/member_function.cpp

输入ls可以看到:

publisher_member_function.cpp  subscriber_member_function.cpp

subscriber_member_function.cpp 使用文本编辑器打开。

#include <memory>#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"
using std::placeholders::_1;class MinimalSubscriber : public rclcpp::Node
{public:MinimalSubscriber(): Node("minimal_subscriber"){subscription_ = this->create_subscription<std_msgs::msg::String>("topic", 10, std::bind(&MinimalSubscriber::topic_callback, this, _1));}private:void topic_callback(const std_msgs::msg::String::SharedPtr msg) const{RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "I heard: '%s'", msg->data.c_str());}rclcpp::Subscription<std_msgs::msg::String>::SharedPtr subscription_;
};int main(int argc, char * argv[])
{rclcpp::init(argc, argv);rclcpp::spin(std::make_shared<MinimalSubscriber>());rclcpp::shutdown();return 0;
}

3.1 检查代码

订阅者节点的代码几乎与发布者的相同。现在节点被命名为minimal_subscriber,构造函数使用节点的create_subscription类来执行回调。

没有计时器,因为订阅者只是在数据发布到topic主题时做出响应。

public:MinimalSubscriber(): Node("minimal_subscriber"){subscription_ = this->create_subscription<std_msgs::msg::String>("topic", 10, std::bind(&MinimalSubscriber::topic_callback, this, _1));}

回想一下主题教程,发布者和订阅者使用的主题名称和消息类型必须匹配才能进行通信。

topic_callback函数接收通过主题发布的字符串消息数据,并使用宏将其简单地写入控制台RCLCPP_INFO

此类中唯一的字段声明是订阅。

private:void topic_callback(const std_msgs::msg::String::SharedPtr msg) const{RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "I heard: '%s'", msg->data.c_str());}rclcpp::Subscription<std_msgs::msg::String>::SharedPtr subscription_;

main功能完全相同,只是现在它spin节点MinimalSubscriber。对于发布者节点,spin意味着启动计时器,但对于订阅者而言,它只是意味着随时准备接收消息。

由于此节点与发布者节点具有相同的依赖关系,因此没有任何新内容可添加到package.xml.

3.2 CMakeLists.txt

重新打开CMakeLists.txt并在发布者条目下方添加订阅者节点的可执行文件和目标。

add_executable(listener src/subscriber_member_function.cpp)
ament_target_dependencies(listener rclcpp std_msgs)install(TARGETStalkerlistenerDESTINATION lib/${PROJECT_NAME})

确保保存文件,然后您的发布/订阅系统就可以使用了。

4 构建并运行

您可能已经将rclcppstd_msgs软件包安装为 ROS 2 系统的一部分。最好在工作区的根目录中运行rosdep,检查是否缺少依赖项:

rosdep install -i --from-path src --rosdistro <distro> -y

仍然在您的工作区的根目录中,dev_ws构建您的新包:

colcon build --packages-select cpp_pubsub

打开一个新终端,导航到dev_ws,然后获取安装文件:

. install/setup.bash

现在运行 talker 节点:

ros2 run cpp_pubsub talker

终端应该开始每 0.5 秒发布一次信息消息,如下所示:

[INFO] [minimal_publisher]: Publishing: "Hello World: 0"
[INFO] [minimal_publisher]: Publishing: "Hello World: 1"
[INFO] [minimal_publisher]: Publishing: "Hello World: 2"
[INFO] [minimal_publisher]: Publishing: "Hello World: 3"
[INFO] [minimal_publisher]: Publishing: "Hello World: 4"

打开另一个终端,再次从内部获取设置文件dev_ws,然后启动侦听器节点:

ros2 run cpp_pubsub listener

侦听器将开始向控制台打印消息,从发布者当时的消息计数开始,如下所示:

[INFO] [minimal_subscriber]: I heard: "Hello World: 10"
[INFO] [minimal_subscriber]: I heard: "Hello World: 11"
[INFO] [minimal_subscriber]: I heard: "Hello World: 12"
[INFO] [minimal_subscriber]: I heard: "Hello World: 13"
[INFO] [minimal_subscriber]: I heard: "Hello World: 14"

在每个终端中输入Ctrl+C以停止节点。

概括

您创建了两个节点来发布和订阅主题上的数据。在编译和运行它们之前,您将它们的依赖项和可执行文件添加到包配置文件中。

下一步

接下来,您将使用服务/客户端模型创建另一个简单的 ROS 2 包。同样,您可以选择用C++或Python编写它。