探秘ROS通信：玩转机器人的秘密语言

开篇小吐槽

想象一下，如果机器人能自由交流，它们会说些什么呢？“嘿，这个螺丝松了！”或者“今天的 Wi-Fi 怎么这么慢？”好吧，虽然现实中的机器人交流不太可能这么生动，但在 ROS（机器人操作系统）的世界里，节点之间的通信确实很关键。本文将带你深入了解 ROS 的通信机制，让你的机器人能“聊天”起来。

ROS 通信的 ABC

在 ROS 的大家庭中，节点间的沟通靠的是以下几种方式：

• 话题（Topics）：像群聊一样，一个节点发消息，其他订阅了这个话题的节点都能收到。
• 服务（Services）：更像是私信，一问一答，用于需要得到即时响应的场合。
• 动作（Actions）：当你需要给机器人下达一些长期任务时，这种方式非常合适。

环境准备：别忘了预热

在跳进代码海之前，先确保你的 ROS 环境准备就绪。如果还没装 ROS，那就像装个大型游戏一样，耐心一点，跟着官网指引一步步来。环境搭建好后，记得运行这个命令，让系统知道你要开始玩 ROS 了：

source /opt/ros/noetic/setup.bash

创建工作空间

mkdir -p demo01/src
cd demo01
catkin_make
cd src

你当前的目录位置应该是 /home/user/Documents/demo01/src。

创建 ROS 包：你的机器人项目的摇篮

先创建一个 ROS 包，我们的代码就住在这里。打开终端，敲入：

catkin_create_pkg my_ros_package std_msgs rospy roscpp

编写 Publisher：机器人的“小喇叭”

我们的第一个角色是发布者，就像是机器人世界的广播员。它会定期发送消息。

1. 在 my_ros_package/src 下创建talker.cpp。
2. 加入下面的代码（别忘了注释）：

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

int main(int argc, char **argv) {
    // 初始化 ROS 节点
    ros::init(argc, argv, "talker");
    ros::NodeHandle n;
    // 创建一个 Publisher，发布名为 "chatter" 的话题
    ros::Publisher chatter_pub = n.advertise<std_msgs::String>("chatter", 1000);
    ros::Rate loop_rate(10); // 设置循环频率

    while (ros::ok()) {
        std_msgs::String msg;
        std::stringstream ss;
        ss << "hello world " << ros::Time::now(); // 创建字符串消息
        msg.data = ss.str();
        ROS_INFO("%s", msg.data.c_str()); // 打印消息
        chatter_pub.publish(msg); // 发布消息
        ros::spinOnce();
        loop_rate.sleep();}

    return 0;
}

编写 Subscriber：机器人的“耳朵”

紧接着，我们需要一个订阅者来听发布者说的话。

1. 在同一目录下创建listener.cpp。
2. 写入这段代码：

#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"

// 这个函数是消息的回调处理函数
void chatterCallback(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;
    // 创建一个 Subscriber，订阅名为 "chatter" 的话题
    ros::Subscriber sub = n.subscribe("chatter", 1000, chatterCallback);
    ros::spin(); // 进入自循环，等待消息到来
    return 0;
}

编译 & 运行：看看魔法发生了没

编译前，记得修改 my_ros_package 包里的 CMakeLists.txt 文件。

修改 CMakeLists.txt

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

编译和运行

1. 回到工作空间的根目录，编译一下：

cd ..
catkin_make
source devel/setup.bash

2. 先启动 roscore：

roscore

3. 在另一个终端，运行发布者：

rosrun my_ros_package talker

4. 再在另一个终端，运行订阅者：

rosrun my_ros_package listener

现在，你应该能看到订阅者接收到发布者发出的消息了。

发布者输出示例：

订阅者输出示例：

结尾：机器人的“小八卦”

通过这个简单的示例，你已经迈出了与机器人“聊天”的第一步。记住，ROS 就像是一个充满可能的沙盒游戏，你可以在里面尽情构建你的机器人世界。别忘了，实践是最好的老师，所以多试试，多玩玩！