ROS2基础

掌握ROS2中节点概念即相关指令
掌握ROS2中工作空间的相关概念
掌握colcon编译指令来构建一个包
学会通过命令行安装软件和ROS2相关的包
了解面向对象编程OOP的基本概念
学会使用Python编写一个ROS2的节点
学会使用C++编写一个ROS2的节点

1. ROS2节点

1-1什么是节点

ROS2中的每一个节点也是只负责一个单独的模块化的功能，每个节点都是一个封装了特定功能或任务的独立实体。节点通常是一个类的实例

1-2节点的职责

发布消息：向特定的话题发送数据。
订阅消息：从特定的话题接收数据。
提供服务：响应其他节点的请求。
调用服务：向其他节点发送请求并等待响应。
行为：一种更复杂的服务模式，通常用于需要多步骤和可中断操作的情况。

1-3节点之间如何交互？

话题-topics
服务-services
动作-Action
参数-parameters

1-4话题/服务(Topics/Services)

1-4-1发布和订阅消息(topics)

在节点中，你通常会有一个或多个发布器（Publisher）和订阅器（Subscriber）。发布器用于向特定的话题发送消息，而订阅器则用于从特定的话题接收消息。

是一种异步通信方式。发布者发布消息到某个话题，所有订阅了该话题的订阅者都会收到这个消息。但发布者不知道（也不关心）谁会接收这个消息。

发布消息

创建发布器：在节点的构造函数中，我们使用 create_publisher 方法创建一个发布器。这个方法需要两个参数：话题名（“my_topic”）和队列大小（10）。
```
publisher_ = this->create_publisher<std_msgs::msg::String>("my_topic", 10);
```
创建定时器：定时器用于周期性地触发消息发布事件。在这个例子中，我们设置了一个每 500 毫秒触发一次的定时器。
```
timer_ = this->create_wall_timer(
  std::chrono::milliseconds(500),
  std::bind(&MyPublisherNode::publishMessage, this)
);
```
发布消息：在 publishMessage 函数中，我们创建一个 std_msgs::msg::String 类型的消息，并通过 publish 方法发送它。
```
auto message = std_msgs::msg::String();
message.data = "Hello, ROS 2!";
publisher_->publish(message);
```

订阅消息

创建订阅器：与发布器类似，我们在节点的构造函数中使用 create_subscription 方法创建一个订阅器。这个方法同样需要话题名、队列大小和一个回调函数作为参数。
```
subscriber_ = this->create_subscription<std_msgs::msg::String>(
  "my_topic",
  10,
  std::bind(&MySubscriberNode::messageCallback, this, std::placeholders::_1)
);
```
处理消息：每当从 “my_topic” 话题收到新消息时，messageCallback 函数就会被触发。在这个函数中，我们简单地输出接收到的消息。
```
void messageCallback(const std_msgs::msg::String::SharedPtr msg)
{
  RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Received message: %s", msg->data.c_str());
}
```

1-4-2服务和客户端(services)

服务（Services）和客户端（Clients）提供了一种同步通信机制，使一个节点能向另一个节点发送请求并接收响应。在 ROS 2 中，服务和客户端可以是同步的也可以是异步的。在服务和客户端的交互中，通常有一个“服务提供者”（Service Provider）和一个或多个“服务用户”（Service Client）。

是更像远程过程调用（RPC）的通信方式，通常是同步的（也可以是异步的）。客户端发送一个请求到服务，服务处理这个请求并返回一个响应给客户端。

创建服务

定义服务：在节点的构造函数中，我们使用 create_service 方法定义一个服务。这个方法需要两个参数：服务名（“add_two_ints”）和一个回调函数。

cppCopy codeservice_ = this->create_service<example_interfaces::srv::AddTwoInts>(
  "add_two_ints",
  std::bind(&MyServiceNode::handleService, this, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2)
);

处理请求：在定义的回调函数 handleService 中，我们处理客户端发送的请求并返回一个响应。

cppCopy codevoid handleService(
  const std::shared_ptr<example_interfaces::srv::AddTwoInts::Request> request,
  std::shared_ptr<example_interfaces::srv::AddTwoInts::Response> response)
{
  response->sum = request->a + request->b;
}

创建客户端

定义客户端：在节点的构造函数中，我们使用 create_client 方法定义一个客户端。这个方法需要一个参数：服务名（“add_two_ints”）。
```
cppCopy code
client_ = this->create_client<example_interfaces::srv::AddTwoInts>("add_two_ints");
```

发送请求：在节点的某个函数（比如 send_request）中，我们创建一个请求并使用客户端的 async_send_request 方法发送它。

cppCopy codevoid send_request(int a, int b)
{
  auto request = std::make_shared<example_interfaces::srv::AddTwoInts::Request>();
  request->a = a;
  request->b = b;
  auto result = client_->async_send_request(request);
  // Handle the result...
}

1-4-3(Pub/Sub)与(Service/Client)区别

通信模式：

发布/订阅（Pub/Sub）: 是一种异步通信方式。发布者发布消息到某个话题，所有订阅了该话题的订阅者都会收到这个消息。但发布者不知道（也不关心）谁会接收这个消息。
服务/客户端（Service/Client）: 是更像远程过程调用（RPC）的通信方式，通常是同步的（也可以是异步的）。客户端发送一个请求到服务，服务处理这个请求并返回一个响应给客户端。

数据流：

发布/订阅（Pub/Sub）: 数据流是单向的。发布者发布消息，订阅者接收消息。
服务/客户端（Service/Client）: 数据流是双向的。客户端发送请求，服务接收请求并发送响应。

实时性和可靠性：

发布/订阅（Pub/Sub）: 通常用于需要高频或实时更新的情况，如传感器数据的实时流。
服务/客户端（Service/Client）: 通常用于请求/响应式的交互，这样的交互通常不需要高频率，但需要更高的可靠性。

用途：

发布/订阅（Pub/Sub）: 更适用于数据的广播，例如，一个传感器节点发布温度数据，多个其他节点（如数据记录节点、监控节点等）可能需要这些数据。
服务/客户端（Service/Client）: 更适用于一对一的交互，例如，一个节点请求另一个节点进行某种计算并返回结果。

复杂性：

发布/订阅（Pub/Sub）: 相对简单，因为你不需要关心谁会接收或处理消息。
服务/客户端（Service/Client）: 可能更复杂一些，因为你需要处理请求的接收、处理和响应。

1-4-4完全限定名

如 rclcpp::Subscription<std_msgs::msg::String>::SharedPtr subscriber_

命名空间（Namespace）: 诸如 rclcpp 或 std_msgs 这样的命名空间通常用于组织代码。当你看到 :: 符号，可以认为你正在进入一个特定的“区域”或“分类”，在这里你会找到特定的类、函数或变量。
- 例如：rclcpp:: 表示我们正在使用 ROS 2 的 C++ 客户端库。
类名（Class）: Subscription 和 String 这样的单词通常是类名。这告诉你这段代码与何种对象类型有关。
- 例如：Subscription 表示这是一个用于订阅话题的对象。
模板参数（Template Parameters）: 尖括号 < > 中的内容是模板参数，它们用于指定一个通用类的具体类型。
- 例如：<std_msgs::msg::String> 表示这个 Subscription 是专门用于订阅 String 类型消息的。
类型修饰符（Type Modifiers）: 诸如 SharedPtr 这样的单词通常用于指定变量的额外属性或行为。
- 例如：SharedPtr 表示这是一个智能指针，它会自动管理内存。

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1. ROS2节点

1-1什么是节点

1-2节点的职责

1-3节点之间如何交互？

1-4话题/服务(Topics/Services)

1-4-1发布和订阅消息(topics)

发布消息

订阅消息

1-4-2服务和客户端(services)

创建服务

创建客户端

1-4-3(Pub/Sub)与**(Service/Client)**区别

通信模式：

数据流：

实时性和可靠性：

用途：

复杂性：

1-4-4完全限定名

1-4-3(Pub/Sub)与(Service/Client)区别