机器人操作系统入门（六）roscpp客户端库

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 
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第六章 roscpp

一、ROS支持的客户端库和整体的包结构分布

二、roscpp：位于/opt/ros/kinetic　　// #include<ros/ros.h>

1. 主要部分

（1）ros::init()：解析传入的ROS参数，创建node第一步需要用到的函数　　//可以为node命名

（2）ros::NodeHandle：和topic、service、param等交互的公共接口　　//类，需要创建句柄对象

（3）ros::master：包含从master查询信息的函数　　//命名空间，无需创建对象

（4）ros::this_node：包含查询这个进程(node)的函数

（5）ros::service：包含查询服务的函数

（6）ros::param：包含查询参数服务器的函数，而不需要用到NodeHandle

（7）ros::names：包含处理ROS图资源名称的函数

2. 按功能分类

• Initialization and Shutdown 初始与关闭
• Topics 话题
• Services 服务
• Parameter Server 参数服务器
• Timers 定时器
• NodeHandles 节点句柄
• Callbacks and Spinning 回调和自旋（轮询）
• Logging 日志
• Names and Node Information 名称管理
• Time 时钟
• Exception 异常

三、节点初始化、关闭以及句柄NodeHandle

1. 初始化

（1）ros::init()：初始化节点的名称和其他信息

（2）ros::NodeHandle对象：节点句柄，用来创建Publisher、Subscriber等

注：句柄NodeHandle是对节点资源的描述，通过它对节点进行操作，如为程序提供服务、监听某个topic上的消息、访问和修改param等

2. 关闭节点

（1）终端输入"Ctrl + C"　　//自动触发SIGINT句柄关闭进程

（2）调用ros::shutdown()　　//手动关闭节点

注：常用执行流程如下　　// 启动节点+获取句柄

3. NodeHandle类的常用成员函数　　// 类

四、基于roscpp的topic通信

（1）功能：自定义一个类型为gps的消息（包括位置x，y和工作状态state信息），一个node以一定频率发布模拟的gps消息，另一个node接收并处理，算出到原点的距离

（2）自定义gps.msg消息　　//类似于C语言中的结构体

string state　　#工作状态

float32 x　　#x坐标

float32 y　　#y坐标

（3）修改CMakeLists.txt和package.xml　　//编译自定义消息

CMakeLists.txt：

package.xml：

　　<build_depend>message_generation</build_depend>

　　<run_depend>message_runtime</run_depend>

注：

• 回到工作空间编译完成后，会在devel路径下自动生成gps.msg对应的头文件，其中定义了topic_demo::gps类
• 通过 #include<topic_demo/gps.h>，使用自定义消息类型

• topic_demo::gps mygpsmsg;
  mygpsmsg.x = 1.6;
  mygpsmsg.y = 5.5;
  mygpsmsg.state = "working";

（4）消息发布节点 talker.cpp　　//发布gps_info话题

（5）消息订阅节点 listener.cpp

注：

• 通过定义回调函数，为gps_info话题预先准备一个回调函数，接收到消息时被触发执行
• 回调函数作为参数被传入到了另一个函数中（在本例中传递的是函数指针），在未来某个时刻（当有新的message到达），就会立即执行

（6）修改CMakeList.txt

（7）spin调用方式　　//多线程用于分别处理不同数据

五、基于roscpp的service通信

（1）自定义服务文件Greeting.srv

string name #短横线上边部分是服务请求的数据

int32 age

--- #短横线下面是服务回传的内容。

string feedback

注：相当于嵌套了请求和响应两个结构体

（2）修改CMakeList.txt：add_service_files(FILES Greeting.srv)

通过#include <service_demo/Greeting.h>进行调用

service_demo::Greeting grt; //grt分为grt.request和grt.response两部分

grt.request.name = "HAN"; //不能用grt.name或者grt.age来访问

grt.request.age = "20";

（3）服务提供节点 server.cpp

注：

• 服务的处理操作由handle_function()函数确定，输入参数为Greeting的Request和Response两部分，对对Requst数据进行需要的操作，将结果写入到Response中
• 返回值为bool值，用于判断服务是否调用成功　　//不输出Response

（4）服务请求节点 client.cpp

注：CMakeList.txt和package.xml的修改和topic_demo类似

六、基于roscpp的参数服务器设置

（1）两种方式

• ros::param命名空间
• ros::NodeHandle节点句柄

（2）实际项目中对参数的设置通常都不在程序中，而是利用launch文件　　//launch文件可以方便地修改参数，而写成代码之后，修改参数必须重新编译

（3）命名空间对param的影响　　// ros::NodeHandle n; 和 ros::NodeHandle nh("~") 的区别

假设参数定义如下：

那么 name_demo.cpp文件如下：

输出：

可见：

• n为全局命名空间句柄，当访问节点私有命名空间内的参数时，需要添加节点名
• nh为局部命名空间句柄，当访问全局命名空间的参数时，需要添加全局命名空间 /

七、时钟

（1）两种时间表示方法　　//均由秒和纳秒组成：int32 sec；int32 nsec

• ros::Time　　//某个时刻，#include<ros/time.h>
• ros::Duration　　//某个时段，#include<ros/duration.h>

用法示例：

• ros::Time begin = ros::Time::now();　　//获取当前时间
• ros::Time at_some_time1(5,20000000);　　//5.2s
• ros::Time at_some_time2(5.2)　　//同上，重载了float类型和两个uint类型的构造函数
• ros::Duration one_hour(60*60,0);　　//1h
• double secs1 = at_some_time1.toSec();　　//将Time转为double型时间
• double secs2 = one_hour.toSec();　　//将Duration转为double型时间

时刻Time和Duration时长之间存在加减运算：

• ros::Time t1 = ros::Time::now() - ros::Duration(5.5);　　//t1是5.5s前的时刻，Time加减Duration返回都是Time
• ros::Time t2 = ros::Time::now() + ros::Duration(3.3);　　//t2是当前时刻往后推3.3s的时刻
• ros::Duration d1 = t2 - t1;　　//从t1到t2的时长，两个Time相减返回Duration类型
• ros::Duration d2 = d1 -ros::Duration(0,300);　　//两个Duration相减，还是Duration

注：不存在Time+Time

（2）休眠功能sleep

注：Rate的功能是指定一个频率，让某些动作按照这个频率来循环执行

（3）定时器Timer：与Rate类似，通过设定回调函数和触发时间来实现某些动作的反复执行，创建方法类似topic中的subscriber

八、日志和异常

（1）日志log

• 每个节点都会把日志信息发送到统一的话题 /rosout 上
• rosout本身也是一个节点，负责日志的记录

（2）日志的输出：#include<ros/console.h>

五个级别：

• DEBUG：ROS_DEBUG("The velocity is %f", vel);
• INFO：ROS_INFO
• WARN：ROS_WARN("Warn: the use is deprecated.");
• ERROR：ROS_ERROR
• FATAL：ROS_FATAL("Cannot start this node.");

（3）异常Exception　　//针对两类错误

• ros::InvalidNodeNameException　　//当无效的基础名称传给ros::init()，通常是名称中有/，就会触发
• ros::InvalidNameExcaption　　//当无效名称传给了roscpp