摘要
ROS機器人操作系統在機器人應用領域很流行，依托代碼開源和模塊間協作等特性，給機器人開發者帶來了很大的方便。我們的機器人“miiboo”中的大部分程序也采用ROS進行開發，所以本文就重點對ROS基礎知識進行詳細的講解，給不熟悉ROS的朋友起到一個拋磚引玉的作用。本章節主要內容：
5.編寫簡單的消息發布器和訂閱器
通過上一節編寫ROS的第一個程序hello_world，我們對ROS的整個編程開發過程有了基本的了解，現在我們就來編寫真正意義上的使用ROS進行節點間通信的程序。由於之前已經建好了catkin_ws這樣一個工作空間，以后開發的功能包都將放在這里面，這里給新建的功能包取名為topic_example，在這個功能包中分別編寫兩個節點程序publish_node.cpp和subscribe_node.cpp，發布節點（publish_node）向話題（chatter）發布std_msgs::String類型的消息，訂閱節點（subscribe_node）從話題（chatter）訂閱std_msgs::String類型的消息，這里消息傳遞的具體內容是一句問候語“how are you ...”，通信網絡結構如圖16。
（圖16）消息發布與訂閱ROS通信網絡結構圖
（1）功能包的創建
在catkin_ws/src/目錄下新建功能包topic_example，並在創建時顯式的指明依賴roscpp和std_msgs。打開命令行終端，輸入命令：
cd ~/catkin_ws/src/
#創建功能包topic_example時，顯式的指明依賴roscpp和std_msgs，
#依賴會被默認寫到功能包的CMakeLists.txt和package.xml中
catkin_create_pkg topic_example roscpp std_msgs
（2）功能包的源代碼編寫
功能包中需要編寫兩個獨立可執行的節點，一個節點用來發布消息，另一個節點用來訂閱消息，所以需要在新建的功能包topic_example/src/目錄下新建兩個文件publish_node.cpp和subscribe_node.cpp，並將下面的代碼分別填入。
首先，介紹發布節點publish_node.cpp，代碼內容如下：
1 #include "ros/ros.h" 2 #include "std_msgs/String.h" 3 4 #include <sstream> 5 6 int main(int argc, char **argv) 7 { 8 ros::init(argc, argv, "publish_node"); 9 ros::NodeHandle nh; 10 11 ros::Publisher chatter_pub = nh.advertise<std_msgs::String>("chatter", 1000); 12 ros::Rate loop_rate(10); 13 int count = 0; 14 15 while (ros::ok()) 16 { 17 std_msgs::String msg; 18 19 std::stringstream ss; 20 ss << "how are you " << count; 21 msg.data = ss.str(); 22 ROS_INFO("%s", msg.data.c_str()); 23 24 chatter_pub.publish(msg); 25 26 ros::spinOnce(); 27 loop_rate.sleep(); 28 ++count; 29 } 30 31 return 0; 32 }
對發布節點代碼進行解析。
#include "ros/ros.h"
這一句是包含頭文件ros/ros.h，這是ROS提供的C++客戶端庫，是必須包含的頭文件。
#include "std_msgs/String.h"
由於代碼中需要使用ROS提供的標准消息類型std_msgs::String，所以需要包含此頭文件。
ros::init(argc, argv, "publish_node");
這一句是初始化ros節點並指明節點的名稱，這里給節點取名為publish_node，一旦程序運行后就可以在ros的計算圖中被注冊為publish_node名稱標識的節點。
ros::NodeHandle nh;
這一句是聲明一個ros節點的句柄，初始化ros節點必須的。
ros::Publisher chatter_pub = nh.advertise<std_msgs::String>("chatter", 1000);
這句話告訴ros節點管理器我們將會在chatter這個話題上發布std_msgs::String類型的消息。這里的參數1000是表示發布序列的大小，如果消息發布的太快，緩沖區中的消息大於1000個的話就會開始丟棄先前發布的消息。
ros::Rate loop_rate(10);
這句話是用來指定自循環的頻率，這里的參數10 表示10Hz頻率，需要配合該對象的sleep()方法來使用。
while (ros::ok()) {...}
roscpp會默認安裝以SIGINT句柄，這句話就是用來處理由ctrl+c鍵盤操作、該節點被另一同名節點踢出ROS網絡、ros::shutdown()被程序在某個地方調用、所有ros::NodeHandle句柄都被銷毀等觸發而使ros::ok()返回false值的情況。
std_msgs::String msg;
定義了一個std_msgs::String消息類型的對象，該對象有一個數據成員data用於存放我們即將發布的數據。要發布出去的數據將被填充到這個對象的data成員中。
chatter_pub.publish(msg);
利用定義好的發布器對象將消息數據發布出去，這一句執行后，ROS網絡中的其他節點便可以收到此消息中的數據。
ros::spinOnce();
這一句是讓回調函數有機會被執行的聲明，這個程序里面並沒有回調函數，所以這一句可以不要，這里只是為了程序的完整規范性才放上來的。
loop_rate.sleep();
前面講過，這一句是通過休眠來控制自循環的頻率的。
接着，介紹訂閱節點subscribe_node.cpp，代碼內容如下：
1 #include "ros/ros.h" 2 #include "std_msgs/String.h" 3 4 void chatterCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg) 5 { 6 ROS_INFO("I heard: [%s]",msg->data.c_str()); 7 } 8 9 int main(int argc, char **argv) 10 { 11 ros::init(argc, argv, "subscribe_node"); 12 ros::NodeHandle nh; 13 14 ros::Subscriber chatter_sub = nh.subscribe("chatter", 1000,chatterCallback); 15 16 ros::spin(); 17 18 return 0; 19 }
對訂閱節點代碼進行解析。
之前解釋過的類似的代碼就不做過多的解釋了，這里重點解釋一下前面沒遇到過的代碼。
void chatterCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg)
{
ROS_INFO("I heard: [%s]",msg->data.c_str());
}
這是一個回調函數，當有消息到達chatter話題時會自動被調用一次，這個回調函數里面就是一句話，用來打印從話題中訂閱的消息數據。
ros::Subscriber chatter_sub = nh.subscribe("chatter", 1000,chatterCallback);
這句話告訴ros節點管理器我們將會從chatter這個話題中訂閱消息，當有消息到達時會自動調用這里指定的chatterCallback回調函數。這里的參數1000是表示訂閱序列的大小，如果消息處理的速度不夠快，緩沖區中的消息大於1000個的話就會開始丟棄先前接收的消息。
ros::spin();
這一句話讓程序進入自循環的掛起狀態，從而讓程序以最好的效率接收消息並調用回調函數。如果沒有消息到達，這句話不會占用很多CPU資源，所以這句話可以放心使用。一旦ros::ok()被觸發而返回false，ros::spin()的掛起狀態將停止並自動跳出。簡單點說，程序執行到這一句，就在這里不斷自循環，與此同時檢查是否有消息到達並決定是否調用回調函數。
（3）功能包的編譯配置及編譯
創建功能包topic_example時，顯式的指明依賴roscpp和std_msgs，依賴會被默認寫到功能包的CMakeLists.txt和package.xml中，所以只需要在CMakeLists.txt文件的末尾行加入以下幾句用於聲明可執行文件就可以了：
add_executable(publish_node src/publish_node.cpp) target_link_libraries(publish_node ${catkin_LIBRARIES}) add_executable(subscribe_node src/subscribe_node.cpp) target_link_libraries(subscribe_node ${catkin_LIBRARIES})
接下來，就可以用下面的命令對功能包進行編譯了：
cd ~/catkin_ws/ catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES="topic_example"
（4）功能包的啟動運行
首先，需要用roscore命令來啟動ROS節點管理器，ROS節點管理器是所有節點運行的基礎。
打開命令行終端，輸入命令：
roscore
然后，用source devel/setup.bash激活catkin_ws工作空間，用rosrun <package_name> <node_name>啟動功能包中的發布節點。
再打開一個命令行終端，分別輸入命令：
cd ~/catkin_ws/ source devel/setup.bash rosrun topic_example publish_node
看到有輸出“how are you ...”，就說明發布節點已經正常啟動並開始不斷向chatter話題發布消息數據，如圖17。
（圖17）發布節點已經正常啟動
最后，用source devel/setup.bash激活catkin_ws工作空間，用rosrun <package_name> <node_name>啟動功能包中的訂閱節點。
再打開一個命令行終端，分別輸入命令：
cd ~/catkin_ws/ source devel/setup.bash rosrun topic_example subscribe_node
看到有輸出“I heard:[how are you ...]”，就說明訂閱節點已經正常啟動並開始不斷從chatter話題接收消息數據，如圖18。
（圖18）訂閱節點已經正常啟動
到這里，我們編寫的消息發布器和訂閱器就大功告成了，為了加深對整個程序工作流程的理解，我再把消息發布與訂閱的ROS通信網絡結構圖拿出來，加深一下理解。
（圖19）消息發布與訂閱ROS通信網絡結構圖
后記
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第1章：Linux基礎
第2章：ROS入門
第3章：感知與大腦
第4章：差分底盤設計
第5章：樹莓派3開發環境搭建
第6章：SLAM建圖與自主避障導航
2.google-cartographer機器人SLAM建圖
第7章：語音交互與自然語言處理
第8章：高階拓展
2.centos7下部署Django(nginx+uwsgi+django+python3)
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