机器人操作系统入门（三）ROS通信架构

参考资料：

https://www.icourse163.org/course/ISCAS-1002580008?tid=1003713012　　//中国大学MOOC

https://www.bilibili.com/video/av23401751　　//B站

《ROS操作系统入门讲义》PDF下载

链接：https://pan.baidu.com/s/1OCja2WLDRnjYXMrpnZ3-sQ 
提取码：mziy

第三章 ROS通信架构（一）

1. 节点node：ROS世界中最小的进程单元

• 程序角度：可执行文件被执行，加载至内存，生成node
• 功能角度：一个node复制机器人的一个单独功能

注：可执行文件是静态的，节点node是动态的

2. 节点管理器master

• node首先在master处进行注册，之后master会将该node纳入整个ROS程序中
• node之间的通信也是先由master进行“牵线”，才能两两的进行点对点通信

3. 启动master和node

• roscore　　//启动master、rosout和parameter server
• rosrun pkg_name node_name　　//rosrun寻找包pkg_name下名为node_name的可执行程序

注：rosrun命令的详细用法　　rosrun [--prefix cmd] [--debug] pkg_name node_name [ARGS]

示例：rosrun --prefix 'gdb -ex run --args' pkg_name node_name　　//在GDB下运行ros程序

注：通过 rosnode help 查看命令帮助

4. launch文件：一次性把多个节点按照预先的配置启动起来

（1）用法：roslaunch pkg_name file_name.launch　　//若master没有启动，那么roslaunch就会首先自动启动master

（2）写法与格式：xml格式规范

（3）示例

• 启动rospy_tutorials软件包中单个节点talker

• Ros-Academy-for-Beginners 中的 robot_sim_demo：启动gazebo模拟器，导入参数内容，加入机器人模型

5. 话题topic　　//适用于实时性、周期性的消息，如传感器数据

（1）ROS的四大通信方式

• Topic 话题　　//节点对节点的单向通信；异步通信
• Service 服务　　//请求-查询式的双向通信模型；同步通信
• Parameter Server 参数服务器　　//使用数据字典维护全局共享参数
• Actionlib 动作库　　//请求-响应-反馈式双向通信

（2）话题的建立过程（单向）

1. publisher节点和subscriber节点都要到节点管理器进行注册
2. publisher会发布topic
3. subscriber在master的指挥下会订阅该topic，从而建立起sub-pub之间的直接通信

注：

• 异步指的是发布者和订阅者不关心对方的状态，各司其职，不存在协同工作
• topic发送时调用publish()方法，发送完成立即返回，不用等待反馈
• subscriber通过回调函数的方式来处理消息
• topic可以同时有多个subscribers，也可以同时有多个publishers；ROS中这样的例子有：/rosout、/tf等等

（3）topic常用命令

注：使用 rostopic help 或 rostopic command -h 查看具体用法

6. Message（.msg）　　//topic的数据格式标准，利用 rostopic type topic_name 进行查看

（1）msg的基本数据类型：bool、int8、int16、int32、int64(以及uint)、float、float64、string、time、duration、header、可变长数组array[ ]、固定长度数组array[C]

示例：sensor_msgs/msg/image.msg

注：可以将msg类比为“类”，而每次发布的具体内容为“对象”

（2）rosmsg的常用命令