ROS（一）Topic 通信

ROS系统起源于2007年斯坦福大学人工智能实验室的项目与机器人技术公司Willow Garage的个人机器人项目（Personal Robots Program）之间的合作，2008年之后就由Willow Garage来进行推动。

ROS是开源的，是用于机器人的一种后操作系统，或者说次级操作系统。它提供类似操作系统所提供的功能，包含硬件抽象描述、底层驱动程序管理、共用功能的执行、程序间的消息传递、程序发行包管理，它也提供一些工具程序和库用于获取、建立、编写和运行多机整合的程序。

了解ROS的几个概念：

1. 功能包(Package)：相当于一个C++工程，包含程序文件，编译描述文件，配置文件等。

2. 功能包集(Stack)：实现某种功能的多个功能包集合，例如导航功能包，是ROS软件发布的主要形式。

3. 节点(Node)：可执行文件。位于功能包中，实现功能的最小单位，.cpp 和.py文件转换为可执行文件后才可以变为node。

4. 主题(Topic)和服务(Service)：节点间通信的两种方式。主题实现节点之间的单向通信，服务包括请求(Request)和响应(Response)的双向通信。

5. 消息(Msg)：节点之间通信的内容，相当于C语言中的结构体。

安装ROS，不赘述，参考官方网站，目前主流使用的是Ubuntu14.04+ROS indigo版本。

ROS会有自己的功能包命令，类似于bash命令，常用的有

rospack
roscd
rosls
catkin_create_pkg
catkin_make

roscore
rosrun
rosnode
rosmsg/rossrv
rostopic/rosservice
rosparam
roslaunch
rosbag 

具体的操作参考官方文档，这里主要使用catkin创建一个简单的主题发布订阅的功能包。节点之间的通信关系如下图所示：

目前ROS的官方编译系统是catkin，功能包分配更加合理，支持交叉编译，可移植性好。

mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd ~/catkin_ws/src
catkin_init_workspace

cd ~/catkin_ws
// 空的工程也可以编译
catkin_make
// 更新环境变量，将当前工作空间加入$ROS_PACKAGE_PATH
source devel/setup.bash

catkin_create_pkg my_topic_test std_msgs roscpp rospy
// 打开my_topic_test功能包，重要的是编译描述文件CMakeLists.txt和配置文件package.xml

// 创建完功能包后，需要编译该功能包，可以编译整个空间中的功能包，也可以只编译指定的功能包
cd ~/catkin_ws
catkin_make
// catkin_make --pkg my_topic_test

具体实现node在src目录下，新建两个文件分别为talker.cpp, listener.cpp。注意最后需要修改CMakeLists.txt文件。

// publisher: talker
#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"
#include <sstream>

int main(int argc, char** argv)
{
    ros::init(argc, argv, "talker");
    ros::NodeHandle n;
    ros::Publisher my_pub = n.advertise<std_msgs::String>("my_topic", 100);
    ros::Rate loop_rate(1);
    int cnt = 1;
    std_msgs::String msg;
    while(ros::ok())
    {
        std::stringstream ss;
        if((cnt%2)==0) ss << "false " << cnt;
        else ss << "true";
        msg.data = ss.str();
        ROS_INFO("%s", msg.data.c_str());
        my_pub.publish(msg);
        loop_rate.sleep();
        cnt = cnt + 1;
    }
    return 0;
}

// subscriber: listener
#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"

void MyTopicCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg)
{
    ROS_INFO("I heard: [%s]", msg->data.c_str());
}

int main(int argc, char** argv)
{
    ros::init(argc, argv, "listener");
    ros::NodeHandle n;
    ros::Subscriber my_sub = n.subscribe("my_topic", 100, MyTopicCallback);
    ros::spin();
    return 0;
}

由于我们没有使用自己定义的消息类型，所以package.xml文件不需要更改，CMakeLists.txt文件也比较简单：

cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)
project(my_topic_test)

## Find catkin and any catkin packages
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS roscpp rospy std_msgs genmsg)

### Declare ROS messages and services
#add_message_files(FILES xx.msg)
#add_service_files(FILES xx.srv)

## Generate added messages and services
generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs)

## Declare a catkin package
catkin_package()

## Build talker and listener
include_directories(include ${catkin_INCLUDE_DIRS})

add_executable(talker src/talker.cpp)
target_link_libraries(talker ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(talker beginner_tutorials_generate_messages_cpp)

add_executable(listener src/listener.cpp)
target_link_libraries(listener ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(listener beginner_tutorials_generate_messages_cpp)

注意

其中find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS roscpp rospy std_msgs genmsg)和include_directories(include ${catkin_INCLUDE_DIRS})的顺序不能改变。不然会找不到ros系统的头文件。

重新编译功能包后，验证结果

roscore

rosrun my_topic_test talker

rosrun my_topic_test listener

发布节点talker向主题my_topic发送消息，同时订阅my_topic主题的节点接收到消息