【ROS进阶篇】第一讲 常用API介绍

前言

在先前的博客中，我们通过十一节的教程实现了对于ROS的基础入门教学，从ROS的诞生、作用到基础的使用方法，我们通过C++的编程和命令行两种方式对ROS的通讯机制进行了深入的分析，并且介绍了诸如TF坐标变换、参数使用、launch文件等功能包和扩展库的使用方法，进阶篇则主要目的是脱离先前的角度，从宏观的角度考虑问题，更加清晰的掌握ROS的生态系统，并重点研究几个工具的使用教程，本节内容主要是对于ROS中常用API的介绍与总结。包括关于初始化、通讯、循环、时间和一些节点状态和日志输出的使用方法。

常用API

1. 初始化

• ROS节点的初始化相关API

/** @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);
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2. 通讯

话题通讯

• 发布者：

/**
* \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)
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• 发布消息

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

/**
   * \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())
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服务通讯

• 服务器

/**
* \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&))
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• 客户端

/** 
  * @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())
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• 发送请求

/**
   * @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)
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• 等待服务

/**
 * 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));

/**
* 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));
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3. 循环

• 目的：处理回调函数
• 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();
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• spin()

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

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

4. 时间

• 获取时刻/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
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• 设置时间间隔：

	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());
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• 时间运算：

	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
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• 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。
}
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• 定时器：

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

// 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());
}
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5. 节点

• 节点的状态可以控制循环的条件，在常见的使用中常利用ros::ok()来判断，即节点是否关闭（ctrl+c）或者由于同名起动导致退出

/** \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();
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• 调用了节点关闭API：shutdown()

/*
*   关闭节点
*/
void shutdown();
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6. 日志

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

总结

• 声明：本节博客部分参考了CSDN用户赵虚左的ROS教程，关于API的参考网站也可以参考如下：

1. http://wiki.ros.org/APIs
2. https://docs.ros.org/en/api/roscpp/html/