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写在前面：本文旨在记录学习ROS过程中的一些重要知识概念和遇到的错误问题。主要参考赵虚左老师的ROS课程（第一个参考链接），由于赵老师用的noetic版本，而我用的是melodic版本，细节上可能会有所差异。

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ROS中的基本通信机制主要有如下三种实现策略：

  • 话题通信（发布订阅模式）
  • 服务通信（请求响应模式）
  • 参数服务器（参数共享模式）

话题通信

理论模型

话题通信实现模型是比较复杂的，该模型如下图所示,该模型中涉及到三个角色:

  • ROS Master（管理者）
  • Talker（发布者）
  • Listener（订阅者）

ROS Master 负责保管 Talker 和 Listener 注册的信息，并匹配话题相同的 Talker 与 Listener，帮助 Talker 与 Listener 建立连接，连接建立后，Talker 可以发布消息，且发布的消息会被 Listener 订阅。

0.Talker注册

Talker启动后，会通过RPC在 ROS Master 中注册自身信息，其中包含所发布消息的话题名称。ROS Master 会将节点的注册信息加入到注册表中。

1.Listener注册

Listener启动后，也会通过RPC在 ROS Master 中注册自身信息，包含需要订阅消息的话题名。ROS Master 会将节点的注册信息加入到注册表中。

2.ROS Master实现信息匹配

ROS Master 会根据注册表中的信息匹配Talker 和 Listener，并通过 RPC 向 Listener 发送 Talker 的 RPC 地址信息。

3.Listener向Talker发送请求

Listener 根据接收到的 RPC 地址，通过 RPC 向 Talker 发送连接请求，传输订阅的话题名称、消息类型以及通信协议(TCP/UDP)。

4.Talker确认请求

Talker 接收到 Listener 的请求后，也是通过 RPC 向 Listener 确认连接信息，并发送自身的 TCP 地址信息。

5.Listener与Talker件里连接

Listener 根据步骤4 返回的消息使用 TCP 与 Talker 建立网络连接。

6.Talker向Listener发送消息

连接建立后，Talker 开始向 Listener 发布消息。

服务通信

理论模型

服务通信较之于话题通信更简单些，理论模型如下图所示，该模型中涉及到三个角色:

  • ROS master(管理者)
  • Server(服务端)
  • Client(客户端)

ROS Master 负责保管 Server 和 Client 注册的信息，并匹配话题相同的 Server 与 Client ，帮助 Server 与 Client 建立连接，连接建立后，Client 发送请求信息，Server 返回响应信息。

0.Server注册

Server 启动后，会通过RPC在 ROS Master 中注册自身信息，其中包含提供的服务的名称。ROS Master 会将节点的注册信息加入到注册表中。

1.Client注册

Client 启动后，也会通过RPC在 ROS Master 中注册自身信息，包含需要请求的服务的名称。ROS Master 会将节点的注册信息加入到注册表中。

2.ROS Master实现信息匹配

ROS Master 会根据注册表中的信息匹配Server和 Client，并通过 RPC 向 Client 发送 Server 的 TCP 地址信息。

3.Client发送请求

Client 根据步骤2 响应的信息，使用 TCP 与 Server 建立网络连接，并发送请求数据。

4.Server发送响应

Server 接收、解析请求的数据，并产生响应结果返回给 Client。

参数服务器

理论模型

参数服务器实现是最为简单的，该模型如下图所示,该模型中涉及到三个角色:

  • ROS Master (管理者)
  • Talker (参数设置者)
  • Listener (参数调用者)

1.Talker 设置参数

Talker 通过 RPC 向参数服务器发送参数(包括参数名与参数值)，ROS Master 将参数保存到参数列表中。

2.Listener 获取参数

Listener 通过 RPC 向参数服务器发送参数查找请求，请求中包含要查找的参数名。

3.ROS Master 向 Listener 发送参数值

ROS Master 根据步骤2请求提供的参数名查找参数值，并将查询结果通过 RPC 发送给 Listener。

比较

三种通信机制中，参数服务器是一种数据共享机制，可以在不同的节点之间共享数据，话题通信与服务通信是在不同的节点之间传递数据的，三者是ROS中最基础也是应用最为广泛的通信机制。

Topic(话题) Service(服务)
通信模式 发布/订阅 请求/响应
同步性 异步 同步
底层协议 ROSTCP/ROSUDP ROSTCP/ROSUDP
缓冲区 有 无
时时性 弱 强
节点关系 多对多 一对多(一个 Server)
通信数据 msg srv
使用场景 连续高频的数据发布与接收:雷达、里程计 偶尔调用或执行某一项特定功能：拍照、语音识别

报错

编译的时候报错

描述：

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CMake Error at plumbing_pub_sub/CMakeLists.txt:132 (add_dependencies):
  Cannot add target-level dependencies to non-existent target
  "person_listener".

原因：

CMakeList.txt文件中add_executable前后都有add_dependencies，如果只认add_dependencies来进行配置的话很容易出现错误。

解决：

修改前：

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## Add cmake target dependencies of the library
## as an example, code may need to be generated before libraries
## either from message generation or dynamic reconfigure
add_dependencies(person_talker ${PROJECT_NAME}_generate_messages_cpp)
add_dependencies(person_listener ${PROJECT_NAME}_generate_messages_cpp)

## Declare a C++ executable
## With catkin_make all packages are built within a single CMake context
## The recommended prefix ensures that target names across packages don't collide
add_executable(demo01_pub src/demo01_pub.cpp)
add_executable(demo01_sub src/demo01_sub.cpp)
add_executable(person_talker src/person_talker.cpp)
add_executable(person_listener src/person_listener.cpp)

## Rename C++ executable without prefix
## The above recommended prefix causes long target names, the following renames the
## target back to the shorter version for ease of user use
## e.g. "rosrun someones_pkg node" instead of "rosrun someones_pkg someones_pkg_node"
# set_target_properties(${PROJECT_NAME}_node PROPERTIES OUTPUT_NAME node PREFIX "")

## Add cmake target dependencies of the executable
## same as for the library above
# add_dependencies(${PROJECT_NAME} ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS} ${catkin_EXPORTED_TARGETS})

修改后：

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## Add cmake target dependencies of the library
## as an example, code may need to be generated before libraries
## either from message generation or dynamic reconfigure
# add_dependencies(${PROJECT_NAME} ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS} ${catkin_EXPORTED_TARGETS})

## Declare a C++ executable
## With catkin_make all packages are built within a single CMake context
## The recommended prefix ensures that target names across packages don't collide
add_executable(demo01_pub src/demo01_pub.cpp)
add_executable(demo01_sub src/demo01_sub.cpp)
add_executable(person_talker src/person_talker.cpp)
add_executable(person_listener src/person_listener.cpp)

## Rename C++ executable without prefix
## The above recommended prefix causes long target names, the following renames the
## target back to the shorter version for ease of user use
## e.g. "rosrun someones_pkg node" instead of "rosrun someones_pkg someones_pkg_node"
# set_target_properties(${PROJECT_NAME}_node PROPERTIES OUTPUT_NAME node PREFIX "")

## Add cmake target dependencies of the executable
## same as for the library above
add_dependencies(person_talker ${PROJECT_NAME}_generate_messages_cpp)
add_dependencies(person_listener ${PROJECT_NAME}_generate_messages_cpp)

运行python编写的程序时报错：

描述：

因为使用了自定义msg消息，所以在编写程序时需要导入。可以在文件目录下找到，引用路径也没问题。但是在运行的时候报错。

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ImportError: No module named plumbing_pub_sub.msg

原因：

source devel/setup.bash 配置工作空间，用于刷新环境，必不可少,将当前的工作空间配置了
注：编译完成后必须使用source命令刷新一下工作空间的环境，编译之后要进行source。**初学时可能以为，在工作空间中进行一次source之后就一劳永逸以后都不用source了，这种看法是错的。事实是，每次进行catkin_make之后，都要进行source。**后面进行package创建时，当加入了新的package编译完成后，也要进行source刷新环境，否则会出现找不到“package XXX not found” 的问题。

解决:

直接输入source devel/setup.bash，再运行就ok了。

参考资料：

【Autolabor初级教程】ROS机器人入门

古月居_GuYueHome: 享受机器人学习的乐趣 (gitee.com)