上一章内容，主要介绍了ROS通信的实现，内容偏向于粗粒度的通信框架的讲解，没有详细介绍涉及的API，也没有封装代码，鉴于此，本章主要内容如下:

• ROS常用API介绍；
• ROS中自定义头文件与源文件的使用。

预期达成的学习目标:

• 熟练掌握ROS常用API；
• 掌握ROS中自定义头文件与源文件的配置。

1 常用API

首先，建议参考官方API文档或参考源码:

• ROS节点的初始化相关API;
• NodeHandle 的基本使用相关API;
• 话题的发布方，订阅方对象相关API;
• 服务的服务端，客户端对象相关API;
• 时间相关API;
• 日志输出相关API。

参数服务器相关API在第二章已经有详细介绍和应用，在此不再赘述。

另请参考:

• APIs - ROS Wiki

• roscpp: roscpp

1.1 初始化

C++ 

/** @brief ROS初始化函数。** 该函数可以解析并使用节点启动时传入的参数(通过参数设置节点名称、命名空间...) ** 该函数有多个重载版本，如果使用NodeHandle建议调用该版本。 ** \param argc 参数个数* \param argv 参数列表* \param name 节点名称，需要保证其唯一性，不允许包含命名空间* \param options 节点启动选项，被封装进了ros::init_options**/
void init(int &argc, char **argv, const std::string& name, uint32_t options = 0);

 加随机数，避免重名问题。

 Python

def init_node(name, argv=None, anonymous=False, log_level=None, disable_rostime=False, disable_rosout=False, disable_signals=False, xmlrpc_port=0, tcpros_port=0):"""在ROS msater中注册节点@param name: 节点名称，必须保证节点名称唯一，节点名称中不能使用命名空间(不能包含 '/')@type  name: str@param anonymous: 取值为 true 时，为节点名称后缀随机编号@type anonymous: bool"""

 

 

1.2 话题与服务相关对象

在 roscpp 中，话题和服务的相关对象一般由 NodeHandle 创建。

NodeHandle有一个重要作用是可以用于设置命名空间，这是后期的重点，但是本章暂不介绍。

1.2.1 发布对象

对象获取:

/**
* \brief 根据话题生成发布对象
*
* 在 ROS master 注册并返回一个发布者对象，该对象可以发布消息
*
* 使用示例如下:
*
*   ros::Publisher pub = handle.advertise<std_msgs::Empty>("my_topic", 1);
*
* \param topic 发布消息使用的话题
*
* \param queue_size 等待发送给订阅者的最大消息数量
*
* \param latch (optional) 如果为 true,该话题发布的最后一条消息将被保存，并且后期当有订阅者连接时会将该消息发送给订阅者
*
* \return 调用成功时，会返回一个发布对象
*
*
*/
template <class M>
Publisher advertise(const std::string& topic, uint32_t queue_size, bool latch = false)

class Publisher(Topic):"""在ROS master注册为相关话题的发布方"""def __init__(self, name, data_class, subscriber_listener=None, tcp_nodelay=False, latch=False, headers=None, queue_size=None):"""Constructor@param name: 话题名称 @type  name: str@param data_class: 消息类型@param latch: 如果为 true,该话题发布的最后一条消息将被保存，并且后期当有订阅者连接时会将该消息发送给订阅者@type  latch: bool@param queue_size: 等待发送给订阅者的最大消息数量@type  queue_size: int"""

 

消息发布函数:

/**
* 发布消息          
*/
template <typename M>
void publish(const M& message) const

def publish(self, *args, **kwds):"""发布消息"""

1.2.2 订阅对象

对象获取:

/*** \brief 生成某个话题的订阅对象** 该函数将根据给定的话题在ROS master 注册，并自动连接相同主题的发布方，每接收到一条消息，都会调用回调* 函数，并且传入该消息的共享指针，该消息不能被修改，因为可能其他订阅对象也会使用该消息。* * 使用示例如下:void callback(const std_msgs::Empty::ConstPtr& message)
{
}ros::Subscriber sub = handle.subscribe("my_topic", 1, callback);*
* \param M [template] M 是指消息类型
* \param topic 订阅的话题
* \param queue_size 消息队列长度，超出长度时，头部的消息将被弃用
* \param fp 当订阅到一条消息时，需要执行的回调函数
* \return 调用成功时，返回一个订阅者对象，失败时，返回空对象
* void callback(const std_msgs::Empty::ConstPtr& message){...}
ros::NodeHandle nodeHandle;
ros::Subscriber sub = nodeHandle.subscribe("my_topic", 1, callback);
if (sub) // Enter if subscriber is valid
{
...
}*/
template<class M>
Subscriber subscribe(const std::string& topic, uint32_t queue_size, void(*fp)(const boost::shared_ptr<M const>&), const TransportHints& transport_hints = TransportHints())

class Subscriber(Topic):"""类注册为指定主题的订阅者，其中消息是给定类型的。"""def __init__(self, name, data_class, callback=None, callback_args=None,queue_size=None, buff_size=DEFAULT_BUFF_SIZE, tcp_nodelay=False):"""Constructor.@param name: 话题名称@type  name: str@param data_class: 消息类型@type  data_class: L{Message} class@param callback: 处理订阅到的消息的回调函数@type  callback: fn(msg, cb_args)@param queue_size: 消息队列长度，超出长度时，头部的消息将被弃用"""

1.2.3 服务对象

对象获取:

/**
* \brief 生成服务端对象
*
* 该函数可以连接到 ROS master，并提供一个具有给定名称的服务对象。
*
* 使用示例如下:
\verbatim
bool callback(std_srvs::Empty& request, std_srvs::Empty& response)
{
return true;
}ros::ServiceServer service = handle.advertiseService("my_service", callback);
\endverbatim
*
* \param service 服务的主题名称
* \param srv_func 接收到请求时，需要处理请求的回调函数
* \return 请求成功时返回服务对象，否则返回空对象:
\verbatim
bool Foo::callback(std_srvs::Empty& request, std_srvs::Empty& response)
{
return true;
}
ros::NodeHandle nodeHandle;
Foo foo_object;
ros::ServiceServer service = nodeHandle.advertiseService("my_service", callback);
if (service) // Enter if advertised service is valid
{
...
}
\endverbatim*/
template<class MReq, class MRes>
ServiceServer advertiseService(const std::string& service, bool(*srv_func)(MReq&, MRes&))

class Service(ServiceImpl):"""声明一个ROS服务使用示例::s = Service('getmapservice', GetMap, get_map_handler)"""def __init__(self, name, service_class, handler,buff_size=DEFAULT_BUFF_SIZE, error_handler=None):"""@param name: 服务主题名称 ``str``@param service_class:服务消息类型@param handler: 回调函数，处理请求数据，并返回响应数据@type  handler: fn(req)->resp"""

1.2.4 客户端对象

对象获取:

/** * @brief 创建一个服务客户端对象** 当清除最后一个连接的引用句柄时，连接将被关闭。** @param service_name 服务主题名称*/template<class Service>ServiceClient serviceClient(const std::string& service_name, bool persistent = false, const M_string& header_values = M_string())

class ServiceProxy(_Service):"""创建一个ROS服务的句柄示例用法::add_two_ints = ServiceProxy('add_two_ints', AddTwoInts)resp = add_two_ints(1, 2)"""def __init__(self, name, service_class, persistent=False, headers=None):"""ctor.@param name: 服务主题名称@type  name: str@param service_class: 服务消息类型@type  service_class: Service class"""

请求发送函数:

/*** @brief 发送请求* 返回值为 bool 类型，true，请求处理成功，false，处理失败。*/template<class Service>bool call(Service& service)

def call(self, *args, **kwds):"""发送请求，返回值为响应数据"""

等待服务函数1:

/*** ros::service::waitForService("addInts");* \brief 等待服务可用，否则一致处于阻塞状态* \param service_name 被"等待"的服务的话题名称* \param timeout 等待最大时常，默认为 -1，可以永久等待直至节点关闭* \return 成功返回 true，否则返回 false。*/
ROSCPP_DECL bool waitForService(const std::string& service_name, ros::Duration timeout = ros::Duration(-1));

等待服务函数2:

/**
* client.waitForExistence();
* \brief 等待服务可用，否则一致处于阻塞状态
* \param timeout 等待最大时常，默认为 -1，可以永久等待直至节点关闭
* \return 成功返回 true，否则返回 false。
*/
bool waitForExistence(ros::Duration timeout = ros::Duration(-1));

def wait_for_service(service, timeout=None):"""调用该函数时，程序会处于阻塞状态直到服务可用@param service: 被等待的服务话题名称@type  service: str@param timeout: 超时时间@type  timeout: double|rospy.Duration"""

1.3 回旋函数

在ROS程序中，频繁的使用了 ros::spin() 和 ros::spinOnce() 两个回旋函数，可以用于处理回调函数。

1.3.1 spinOnce()

/*** \brief 处理一轮回调** 一般应用场景:*     在循环体内，处理所有可用的回调函数* */
ROSCPP_DECL void spinOnce();

1.3.2 spin()

C++：

/** * \brief 进入循环处理回调 */
ROSCPP_DECL void spin();

相同点:二者都用于处理回调函数；

不同点: ros::spin() 是进入了循环执行回调函数，而 ros::spinOnce() 只会执行一次回调函数(没有循环)，在 ros::spin() 后的语句不会执行到，而 ros::spinOnce() 后的语句可以执行。

Python：

def spin():"""进入循环处理回调 """

1.4 时间

        ROS中时间相关的API是极其常用，比如:获取当前时刻、持续时间的设置、执行频率、休眠、定时器...都与时间相关。

1.4.1 时刻

        获取时刻，或是设置指定时刻:

ros::init(argc,argv,"hello_time");
ros::NodeHandle nh;//必须创建句柄，否则时间没有初始化，导致后续API调用失败
ros::Time right_now = ros::Time::now();//将当前时刻封装成对象
ROS_INFO("当前时刻:%.2f",right_now.toSec());//获取距离 1970年01月01日 00:00:00 的秒数
ROS_INFO("当前时刻:%d",right_now.sec);//获取距离 1970年01月01日 00:00:00 的秒数ros::Time someTime(100,100000000);// 参数1:秒数  参数2:纳秒
ROS_INFO("时刻:%.2f",someTime.toSec()); //100.10
ros::Time someTime2(100.3);//直接传入 double 类型的秒数
ROS_INFO("时刻:%.2f",someTime2.toSec()); //100.30

# 获取当前时刻
right_now = rospy.Time.now()
rospy.loginfo("当前时刻:%.2f",right_now.to_sec())
rospy.loginfo("当前时刻:%.2f",right_now.to_nsec())
# 自定义时刻
some_time1 = rospy.Time(1234.567891011)
some_time2 = rospy.Time(1234,567891011)
rospy.loginfo("设置时刻1:%.2f",some_time1.to_sec())
rospy.loginfo("设置时刻2:%.2f",some_time2.to_sec())# 从时间创建对象
# some_time3 = rospy.Time.from_seconds(543.21)
some_time3 = rospy.Time.from_sec(543.21) # from_sec 替换了 from_seconds
rospy.loginfo("设置时刻3:%.2f",some_time3.to_sec())

1.4.2 持续时间

设置一个时间区间(间隔):

ROS_INFO("当前时刻:%.2f",ros::Time::now().toSec());
ros::Duration du(10);//持续10秒钟,参数是double类型的，以秒为单位
du.sleep();//按照指定的持续时间休眠
ROS_INFO("持续时间:%.2f",du.toSec());//将持续时间换算成秒
ROS_INFO("当前时刻:%.2f",ros::Time::now().toSec());

# 持续时间相关API
rospy.loginfo("持续时间测试开始.....")
du = rospy.Duration(3.3)
rospy.loginfo("du1 持续时间:%.2f",du.to_sec())
rospy.sleep(du) #休眠函数
rospy.loginfo("持续时间测试结束.....")

1.4.3 持续时间与时刻运算

为了方便使用，ROS中提供了时间与时刻的运算:

ROS_INFO("时间运算");
ros::Time now = ros::Time::now();
ros::Duration du1(10);
ros::Duration du2(20);
ROS_INFO("当前时刻:%.2f",now.toSec());
//1.time 与 duration 运算
ros::Time after_now = now + du1;
ros::Time before_now = now - du1;
ROS_INFO("当前时刻之后:%.2f",after_now.toSec());
ROS_INFO("当前时刻之前:%.2f",before_now.toSec());//2.duration 之间相互运算
ros::Duration du3 = du1 + du2;
ros::Duration du4 = du1 - du2;
ROS_INFO("du3 = %.2f",du3.toSec());
ROS_INFO("du4 = %.2f",du4.toSec());
//PS: time 与 time 不可以运算
// ros::Time nn = now + before_now;//异常

rospy.loginfo("时间运算")
now = rospy.Time.now()
du1 = rospy.Duration(10)
du2 = rospy.Duration(20)
rospy.loginfo("当前时刻:%.2f",now.to_sec())
before_now = now - du1
after_now = now + du1
dd = du1 + du2
# now = now + now #非法
rospy.loginfo("之前时刻:%.2f",before_now.to_sec())
rospy.loginfo("之后时刻:%.2f",after_now.to_sec())
rospy.loginfo("持续时间相加:%.2f",dd.to_sec())

1.4.4 设置运行频率

ros::Rate rate(1);//指定频率
while (true)
{ROS_INFO("-----------code----------");rate.sleep();//休眠，休眠时间 = 1 / 频率。
}

# 设置执行频率
rate = rospy.Rate(0.5)
while not rospy.is_shutdown():rate.sleep() #休眠rospy.loginfo("+++++++++++++++")

1.4.5 定时器

ROS 中内置了专门的定时器，可以实现与 ros::Rate 类似的效果:

ros::NodeHandle nh;//必须创建句柄，否则时间没有初始化，导致后续API调用失败// ROS 定时器/**
* \brief 创建一个定时器，按照指定频率调用回调函数。
*
* \param period 时间间隔
* \param callback 回调函数
* \param oneshot 如果设置为 true,只执行一次回调函数，设置为 false,就循环执行。
* \param autostart 如果为true，返回已经启动的定时器,设置为 false，需要手动启动。
*///Timer createTimer(Duration period, const TimerCallback& callback, bool oneshot = false,//                bool autostart = true) const;// ros::Timer timer = nh.createTimer(ros::Duration(0.5),doSomeThing);ros::Timer timer = nh.createTimer(ros::Duration(0.5),doSomeThing,true);//只执行一次// ros::Timer timer = nh.createTimer(ros::Duration(0.5),doSomeThing,false,false);//需要手动启动// timer.start();ros::spin(); //必须 spin

#定时器设置
"""    
def __init__(self, period, callback, oneshot=False, reset=False):Constructor.@param period: 回调函数的时间间隔@type  period: rospy.Duration@param callback: 回调函数@type  callback: function taking rospy.TimerEvent@param oneshot: 设置为True，就只执行一次，否则循环执行@type  oneshot: bool@param reset: if True, timer is reset when rostime moved backward. [default: False]@type  reset: bool
"""
rospy.Timer(rospy.Duration(1),doMsg)
# rospy.Timer(rospy.Duration(1),doMsg,True) # 只执行一次
rospy.spin()

定时器的回调函数:

void doSomeThing(const ros::TimerEvent &event){ROS_INFO("-------------");ROS_INFO("event:%s",std::to_string(event.current_real.toSec()).c_str());
}

def doMsg(event):rospy.loginfo("+++++++++++")rospy.loginfo("当前时刻:%s",str(event.current_real))

1.5 其他函数

在发布实现时，一般会循环发布消息，循环的判断条件一般由节点状态来控制，C++中可以通过 ros::ok() 来判断节点状态是否正常，而 python 中则通过 rospy.is_shutdown() 来实现判断，导致节点退出的原因主要有如下几种:

• 节点接收到了关闭信息，比如常用的 ctrl + c 快捷键就是关闭节点的信号；
• 同名节点启动，导致现有节点退出；
• 程序中的其他部分调用了节点关闭相关的API(C++中是ros::shutdown()，python中是rospy.signal_shutdown())

另外，日志相关的函数也是极其常用的，在ROS中日志被划分成如下级别:

• DEBUG(调试):只在调试时使用，此类消息不会输出到控制台；
• INFO(信息):标准消息，一般用于说明系统内正在执行的操作；
• WARN(警告):提醒一些异常情况，但程序仍然可以执行；
• ERROR(错误):提示错误信息，此类错误会影响程序运行；
• FATAL(严重错误):此类错误将阻止节点继续运行。

1.5.1 节点状态判断

/** \brief 检查节点是否已经退出**  ros::shutdown() 被调用且执行完毕后，该函数将会返回 false** \return true 如果节点还健在, false 如果节点已经火化了。*/
bool ok();

def is_shutdown():"""@return: True 如果节点已经被关闭@rtype: bool"""

1.5.2 节点关闭函数

/*
*   关闭节点
*/
void shutdown();

def signal_shutdown(reason):"""关闭节点@param reason: 节点关闭的原因，是一个字符串@type  reason: str"""

def on_shutdown(h):"""节点被关闭时调用的函数@param h: 关闭时调用的回调函数，此函数无参@type  h: fn()"""

1.5.3 日志函数

ROS_DEBUG("hello,DEBUG"); //不会输出
ROS_INFO("hello,INFO"); //默认白色字体
ROS_WARN("Hello,WARN"); //默认黄色字体
ROS_ERROR("hello,ERROR");//默认红色字体
ROS_FATAL("hello,FATAL");//默认红色字体

rospy.logdebug("hello,debug")  #不会输出
rospy.loginfo("hello,info")  #默认白色字体
rospy.logwarn("hello,warn")  #默认黄色字体
rospy.logerr("hello,error")  #默认红色字体
rospy.logfatal("hello,fatal") #默认红色字体