ROS通信

一、概述

ROS是機器人操作系統，是一個開源的、靈活的、分散式的軟體平台，可以幫助我們快速開發機器人應用程序。ROS中的通信是機器人應用程序開發中最重要的部分之一，它是實現多模塊協作和互聯的關鍵。ROS提供了多種通信方式來支持不同類型的應用場景，包括如下：

• Publisher/Subscriber方式：發布者和訂閱者模式，用於實時傳輸數據。
• Service/Client方式：客戶端和服務端模式，用於請求和響應一個計算任務。
• Action Server/Action Client方式： 提供了對連續和非同步處理的支持。

二、Publisher/Subscriber方式

Publisher/Subscriber（發布者和訂閱者）方式是ROS中最常用的通信方式，它是基於消息傳遞的。通過這種方式，我們可以在一個節點中發布消息，而在其他節點中訂閱這個消息。它的原理類似於生產者-消費者模型，其中Publisher（發布者）是生產者，而Subscriber（訂閱者）是消費者。

下面是Python代碼示例

    
#!/usr/bin/env python
import rospy
from std_msgs.msg import String

def callback(data):
    rospy.loginfo("I heard %s",data.data)

def listener():
    rospy.init_node('listener', anonymous=True)

    rospy.Subscriber("chatter", String, callback)

    rospy.spin()

if __name__ == '__main__':
    listener()
    

這段代碼創建了一個名為「listener」的節點，它訂閱名為「chatter」的消息。回調函數callback()是Subscriber()從ROS Master獲取到信息後需要執行的任務。在此示例中，Subscriber將從話題「chatter」讀取消息，並在終端窗口中列印它。

三、Service/Client方式

Service/Client（服務端和客戶端）方式是RPC（Remote Procedure Call）風格的模式，可以像調用本地函數一樣調用遠程計算機上的函數。其中，Service Server提供一個服務，而Service Client向Service Server發送請求。一旦Service Server收到請求，它將計算請求並將結果發送回Service Client。

下面是Python代碼示例：

    
#!/usr/bin/env python
from beginner_tutorials.srv import AddTwoInts,AddTwoIntsResponse
import rospy

def handle_add_two_ints(req):
    result = req.a + req.b
    rospy.loginfo("Returning [%s + %s = %s]", req.a, req.b, result)
    return AddTwoIntsResponse(result)

def add_two_ints_server():
    rospy.init_node('add_two_ints_server')
    s = rospy.Service('add_two_ints', AddTwoInts, handle_add_two_ints)
    rospy.loginfo("Ready to add two ints.")
    rospy.spin()

if __name__ == "__main__":
    add_two_ints_server()
    

在此示例中，代碼定義了一個名為「add_two_ints」的服務。handle_add_two_ints()函數是處理「AddTwoInts」服務請求的回調函數，它將兩個整數相加並返回結果。add_two_ints_server()函數初始化ROS節點並創建一個服務，當它收到請求時，它調用handle_add_two_ints()函數處理請求，並將其響應返回給Service Client。

四、Action Server/Action Client方式

Action Server/Action Client方式提供了對連續和非同步處理的支持。在ROS中，Action是一個新的消息類型，相對於ROS中的其他消息類型來說，它保留了更多的信息，比如跟蹤Action調用的進度等。Action Server等待Action Client發送請求，一旦收到請求，就可以在內部執行類似於後台進程的操作。

下面是Python代碼示例：

    
#!/usr/bin/env python
import rospy
import actionlib
from beginner_tutorials.msg import FibonacciAction, FibonacciGoal,      FibonacciResult

class FibonacciActionServer(object):
    _feedback = FibonacciFeedback()
    _result = FibonacciResult()
    def __init__(self):
        self._as = actionlib.SimpleActionServer("fibonacci",   FibonacciAction, self.goal_callback, False)
        self._as.start()
    
    def fibonacci(self, n):
        if n == 0:
            return 0
        elif n == 1:
            return 1
        else:
            return self.fibonacci(n-1) + self.fibonacci(n-2)
    
    def goal_callback(self, goal):
        r = rospy.Rate(1)
        success = True

        for i in range(1, goal.order+1):
            if self._as.is_preempt_requested():
                rospy.loginfo('Goal was Preempted')
                self._as.set_preempted()
                success = False
                break
            self._feedback.sequence.append(self.fibonacci(i))
            self._as.publish_feedback(self._feedback)
            r.sleep()

        if success:
            self._result.sequence = self._feedback.sequence
            rospy.loginfo('Goal was successfully completed')
            self._as.set_succeeded(self._result)

if __name__ == '__main__':
    rospy.init_node('fibonacci_action_server')
    server = FibonacciActionServer()
    rospy.spin()
    

在此示例中，代碼定義了一個名為「fibonacci」的Action。FibonacciActionServer()類是Action Server，它等待Action Client發送請求。goal_callback()函數是執行操作的回調函數。在這裡，它通過計算斐波那契數列來演示操作的執行。在此過程中，它將生成的數據（響應）發送給Action Client。如果Action Client的請求被取消，它將發布Preempted（已取消）狀態，如果操作成功完成，它將發布Succeeded（成功）狀態，並帶上最終響應。