七、roscpp
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发布时间：2024-10-09 20:16
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时间：2024-10-09 20:16
从本章开始，我们将深入接触ROS编程，特别关注roscpp，这是C++语言的ROS接口。在前几章中，你学习了如何使用ROS的命令行工具和可视化界面来启动和调试机器人程序。你可能好奇，这些工具是如何实现功能的。其实，它们基于ROS的客户端库（Client Library）实现，这是一个提供了一系列接口的工具箱，让机器人开发者能够使用不同的语言（如C++、Python、Java等）实现ROS的通信功能。
本章将为你介绍roscpp，这是C++语言的ROS客户端库。通过roscpp，你可以学习如何使用C++开发ROS程序。如果你对C++还不熟悉，建议在阅读本章内容之前先学习C++编程基础。
首先，了解ROS提供的Client Library，这是一个类似Helper Class的概念，它封装了常用的基本功能，使得开发者能够轻松创建topic、service、param，实现ROS的通信功能。当前ROS支持的Client Library主要包括roscpp、rospy、rosjava等。
在本章中，我们将重点关注roscpp。roscpp位于/opt/ros/kinetic目录下，它用C++实现ROS通信，通过catkin编译系统（扩展的CMake）进行编译构建。将roscpp视为C++库，你可以在CMake工程中include相关ROS库，然后在代码中使用ROS提供的函数。
启动一个ROS程序时，首先需要调用`ros::init()`函数来初始化节点的名称和其他信息。创建`ros::NodeHandle`对象，即节点的句柄，它可以用来创建Publisher、Subscriber以及执行其他操作。句柄类似于门把手，通过它你可以操作节点，比如提供服务、监听topic消息或访问和修改param等。
在ROS C++程序中，`ros::shutdown()`用于手动关闭节点，尽管这通常不是开发者需要执行的操作，因为系统通常会自动处理。以下是一个节点初始化、关闭的例子：
cpp
ros::init(argc, argv, "your_node_name");
ros::NodeHandle n;
// ... 创建Publisher、Subscriber等
ros::spin();
ros::shutdown();
接下来，我们将学习如何使用`NodeHandle`进行基本操作，如初始化节点、创建topic、service和param等。
2. 节点初始化、关闭以及NodeHandle
在ROS中，每个节点都有初始化和销毁的基本步骤。`NodeHandle`对象是执行这些操作的关键。
2.1 初始化节点
在C++ ROS程序中，初始化节点主要涉及调用`ros::init()`函数，并创建`ros::NodeHandle`对象。这为程序提供了一个与ROS通信的接口。
2.2 关闭节点
节点关闭通常由系统自动处理。如果需要手动关闭，可以调用`ros::shutdown()`。以下是一个简单的节点初始化、关闭流程示例：
cpp
ros::init(argc, argv, "your_node_name");
ros::NodeHandle n;
// ... 执行节点任务
ros::shutdown();
3. 话题通信
话题通信是ROS中广泛使用的一种异步通信方式。在实际应用中，话题用于传感器数据传输、控制指令发送等。
3.1 创建话题
首先定义话题类型（如GPS数据），然后创建消息和节点。在C++中，这涉及创建消息定义文件（.msg文件），并修改CMakeLists.txt以编译消息。
3.2 发布话题
创建发布节点，并使用`NodeHandle`创建`Publisher`实例。发布消息时，调用`Publisher`的`publish()`函数。
3.3 接收话题
创建接收节点，并通过`NodeHandle`实例创建`Subscriber`。使用回调函数处理接收到的消息。`ros::spin()`用于循环检查是否有新消息。
4. 服务通信
服务通信是一种请求-反馈机制，允许客户端向服务提供者发送请求，并接收响应。通过创建`ServiceClient`和`ServiceServer`实例，可以实现服务请求和响应。
4.1 创建服务
定义服务类型（.srv文件），并创建服务提供者和请求者节点。在服务提供者节点中，实现处理请求的逻辑，而在请求者节点中，调用服务。
5. 参数管理
参数管理是ROS中用于配置节点和系统的关键功能。通过`ros::param`接口，开发者可以动态设置和获取参数值。
5.1 Parameter Server
使用`ros::param`接口管理参数，实现参数的添加、修改、获取和删除。
5.2 参数示例
在实际项目中，参数通常在launch文件中设置，便于在运行时修改参数，而避免重新编译代码。
6. 时间操作
时间操作在ROS中非常重要，用于计算距离、设定等待时间等。roscpp提供了`ros::Time`和`ros::Duration`类来表示时间，支持时间的加减运算。
7. 异常处理与日志记录
ROS提供了异常处理机制，用于处理程序中的错误情况。同时，日志记录功能允许开发者记录运行时信息，方便调试和监控。
通过了解和使用roscpp，你将能够构建高效、灵活的ROS C++程序，实现机器人系统的控制和数据交换功能。
