ROS Topic¶

ROS Topic概念¶

ROS Node之间进行通信所利用的最重要的机制就是消息传递，在ROS中，消息有组织的放到Topic里进行传递。

Publisher

生成信息，通过ROS Topic与其它Node进行通信。
通常用于处理原始的传感器信息，如相机、编码器等。

Subscriber

接收信息，通过ROS Topic接收来自其它Node的信息，并通过回调函数处理
通常用于监测系统状态，如当机器人关节到达限位位置时触发运动中断

Topic通信过程为：

Publisher节点和Subscriber节点分别在Master进行注册
Publisher发布Topic
Subscriber在Master指挥下订阅Topic，从而建立起Pub-Sub之间的通信

注意：消息是直接从发布节点传递到订阅节点，并不经过Master。

下图是ROS Node和ROS Topic概念的图形化表示，我们可以看到两个Node（圆形）通过Topic（长方形）实现通信。

Topic通信的特点为：

1. Topic通信是多对多的异步通信方式:

Topic Publisher调用publish()方法发布消息，发送完立即返回，不用等待反馈；Subscriber通过回调函数的方式来处理消息。

对于同一Topic，系统中可以同时存在多个Publisher和多个Subscriber；

另外，Publisher并不知道哪个节点会接收消息，而Subscriber也并不知道接收的消息来自哪个节点，节点之间是松耦合的，这也是ROS最关键的设计特性之一。

2. 对于实时性、周期性的消息，使用topic传输是最佳的选择

3. Topic通信方式充分体现了分布式系统通信的好处：扩展性好，软件复用率高

ROS Topic命令行工具¶

ROS提供了一些命令行工具帮助我们查看Topic的信息，最常用的是:

rostopic list #列出当前正在运行的Topics

rostopic info <topic_name> #查看指定Topic的信息

rostopic echo <topic_name> #打印指定Topic的内容

更多ROS Topic的命令行工具可通过在终端中输入 rostopic -h 查看

ROS Topic示例¶

Publisher Node Demo

#!/usr/bin/python2
# coding: utf-8

import rospy #导入ROS Python客户端
from std_msgs.msg import String

def simplePublisher():
    rospy.init_node('publish_node', anonymous = False) #初始化ROS节点
    simple_publisher = rospy.Publisher('simple_topic', String, queue_size = 10) #定义Publisher对象
    rate = rospy.Rate(10) #设置Topic发布的频率（Hz）

    simple_topic_content = "simple pub-sub demo" #填充Topic内容
    while not rospy.is_shutdown():
        simple_publisher.publish(simple_topic_content) #发布Topic
        rate.sleep() #确保Topic以我们设定的频率发布

if __name__ == '__main__':
    try:
        simplePublisher()
    except rospy.ROSInterruptException:
        pass

Subscriber Node Demo

#!/usr/bin/python
# coding: utf-8

import rospy #导入ROS Python客户端
from std_msgs.msg import String

# 定义Subscriber回调函数，处理收到的信息
def stringSubscriberCallback(data): #data的数据类型与Subscriber接收的Topic对应的消息类型一致
    rospy.loginfo('The contents of simple_topic: %s', data.data)

def stringSubscriber():
    rospy.init_node('subscribe_node', anonymous = False) #初始化ROS节点
    rospy.Subscriber('simple_topic', String, stringSubscriberCallback) #定义Subscriber对象

    rospy.spin()

if __name__ == '__main__':
    stringSubscriber()

自定义Message类型¶

Topic类型严格来说是一个抽象的概念，提到Topic类型，通常指的是Node通过Topic传递的Message的类型。

ROS提供了大量的标准Message类，同时也支持用户自定义Message类型。

Message文件

ROS通过message文件定义Message
Message文件通常位于<ros_package_name>/msg文件夹中
Message文件的名字通常为<custom_message_type>.msg

自定义Message类型

现在，我们定义一个新的超声传感器类型： UltrasoundInformation

要求包含：

ROS message type - 距离传感器接口类型
String - 超声传感器制造商名称
Unsigned Integer - 超声传感器编号

我们可以通过以下指令创建这个新的Message类型:

首先创建msg文件:

roscd topic_demo

mkdir msg

cd msg

touch UltrasoundInformation.msg

然后在新建的msg文件中输入以下内容:

sensor_msgs/Range distance
string maker_name
uint32 part_number

编译构建自定义的Message类型

在上一部分我们定义了新的Message文件，新定义的Message经过编译构建之后才能在程序中使用。

首先修改package.xml文件，在package.xml文件中添加以下内容：

<build_depend>sensor_msgs</build_depend>
<build_depend>message_generation</build_depend>

<build_export_depend>sensor_msgs</build_export_depend>
<build_export_depend>message_generation</build_export_depend>

<exec_depend>sensor_msgs</exec_depend>
<exec_depend>message_runtime</exec_depend>

然后修改CMakeLists.txt文件，在CMakeLists.txt文件中相应的位置添加以下内容：

# 在find_package中添加sensor_msgs, message_generation
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
  rospy
  std_msgs
  sensor_msgs
  message_generation
)

# 在add_message_files中添加UltrasoundInformation.msg
add_message_files(
FILES
 UltrasoundInformation.msg
)

# 在generate_messages中添加sensor_msgs
generate_messages(
    DEPENDENCIES
    std_msgs
    sensor_msgs
)

随后切换到tr_tutorial_ws顶层目录执行编译构建：

catkin build

编译完成之后：

source devel/setup.bash

我们可以通过 rosmsg 命令行工具查看新定义的Message类型：

rosmsg show topic_demo/UltrasoundInformation

# 新定义的Message的内容
sensor_msgs/Range distance
    uint8 ULTRASOUND=0
    uint8 INFRARED=1
    std_msgs/Header header
      uint32 seq
      time stamp
      string frame_id
    uint8 radiation_type
    float32 field_of_view
    float32 min_range
    float32 max_range
    float32 range
string maker_name
uint32 part_number

如果想查看更详细的描述，可以添加 -r 命令选项：

rosmsg show topic_demo/UltrasoundInformation -r

这样我们就可以在程序中使用自定义的Message类型了。

ROS Topic练习¶

我们已经完成了Publisher、Subscriber的构建及定义新的Message类型，接下来我们进行一个小练习，构建一个简单的ROS应用：

包含一个Publisher和一个Subscriber
Publisher发布新定义的Message类型
Subscriber接收到新定义的Message类型之后反馈接收结果

ROS Topic练习示例-Publisher:

#!/usr/bin/python2
# coding: utf-8

import rospy
from topic_demo.msg import UltrasoundInformation

def ultrasoundPublisher():
    rospy.init_node('ultra_publish_node', anonymous = False)
    ultra_publisher = rospy.Publisher('ultra_topic', UltrasoundInformation, queue_size =10)
    rate = rospy.Rate(10)

    ultra_information = UltrasoundInformation()
    ultra_information.distance.header.stamp = rospy.Time.now()
    ultra_information.distance.header.frame_id = 'ultrasound_frame'
    ultra_information.distance.radiation_type = 0
    ultra_information.distance.field_of_view = 0.05
    ultra_information.distance.min_range = 0.01
    ultra_information.distance.max_range = 0.1
    ultra_information.maker_name = 'tony_robotics'
    ultra_information.part_number = 100

    while not rospy.is_shutdown():
        ultra_publisher.publish(ultra_information)
        rate.sleep()

if __name__ == '__main__':
    try:
        ultrasoundPublisher()
    except rospy.ROSInterruptException:
        pass

ROS Topic练习示例-Subscriber:

#!/usr/bin/python2
# coding: utf-8

import rospy
from topic_demo.msg import UltrasoundInformation

def ultrasoundSubscriberCallback(data):
    rospy.loginfo('The distance form ultrasound sensor is: %f', data.distance.field_of_view)

def ultrasoundSubscriber():
    rospy.init_node('ultra_subscribe_node', anonymous = False)
    rospy.Subscriber('ultra_topic', UltrasoundInformation, ultrasoundSubscriberCallback)

    rospy.spin()

if __name__ == '__main__':
    ultrasoundSubscriber()

更多关于ROS Message的资料可参考以下链接：

http://wiki.ros.org/common_msgs

关于如何创建自定义的Message类型的内容可参考以下链接：

http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials/CreatingMsgAndSrv