教程4：ROS和Python编程认知

摘要: 上一讲的内容是关于ROS和C++编程的，这一讲我们来聊聊ROS和Python编程。同样，关于工作空间、功能包、CMakeList.txt、package.xml等内容我就不再阐述，这一讲的内容主要在于ROS和Python的接口，以及ROS开发的一个“ ...

• 上一讲的内容是关于ROS和C++编程的，这一讲我们来聊聊ROS和Python编程。同样，关于工作空间、功能包、CMakeList.txt、package.xml等内容我就不再阐述，这一讲的内容主要在于ROS和Python的接口，以及ROS开发的一个“通性”。

创建功能包learning_python

cd catkin_ws/src 
catkin_create_pkg learning_python rospy roscpp std_msgs

• 这次的功能包名称叫做learning_python，意在学习ROS下Python开发。我们这次需要在工作空间下创建scripts文件夹，意为“脚本”。这里我们再重复以下，ROS功能包下的src放的是源码，include是引用文件，scritps是脚本文件，这也算是默认的潜规则,我们进入learning_python路径下，建立scripts文件夹。

mkdir scripts

修改CMakeList.txt和package.xml

• 我们需要对这两个文件进行一些小小的改动，对比C++的ROS开发，Python的ROS开发简单和方便的无数倍。下面是我修改后的package.xml。

<?xml version="1.0"?> 
<package format="2"> 
<name>learning_python</name> 
<version>0.0.0</version> 
<description>这是学习ROS Python编程的功能包</description> 

<maintainer email="1692697820@qq.com">waveshare</maintainer> 
<license>TODO</license> 
<author email="1692697820@qq.com">waveshare</author> 

<buildtool_depend>catkin</buildtool_depend> 

<build_depend>roscpp</build_depend> 
<build_depend>rospy</build_depend> 
<build_depend>std_msgs</build_depend> 
<build_depend>message_generation</build_depend> 
<build_export_depend>roscpp</build_export_depend>

<build_export_depend>rospy</build_export_depend> 
<build_export_depend>std_msgs</build_export_depend>

<exec_depend>roscpp</exec_depend> 
<exec_depend>rospy</exec_depend> 
<exec_depend>std_msgs</exec_depend> 
<exec_depend>message_runtime</exec_depend> 

<export>
</export>
</package>

• 这是我修改后的CMakeList.txt。

cmake_minimum_required(VERSION 3.0.2)
project(learning_python) 

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
roscpp
rospy 
std_msgs 
message_generation 
) 

generate_messages( 
DEPENDENCIES 
std_msgs 
) 

catkin_package(
# INCLUDE_DIRS include 
# LIBRARIES learning_python 
CATKIN_DEPENDS roscpp rospy std_msgs message_runtime
# DEPENDS system_lib 
) 

include_directories( 
# include 
${catkin_INCLUDE_DIRS} 
)

• 这些内容和上一节的很相似，唯一不同的就是没有了编译依赖项等待一大堆链接，这就是Python简洁性的体现。

使用Python实现ROS编程

• 我们这一章实现的功能和上一章相同，可以让大家对比一下C++实现和Python实现的 异同所在。
• 首先写一个发布节点，我们需要在scritps文件夹下，创建publisher.py，并赋予该文件可执行权限。Python很特别的，它的程序即是源码文件，也是执行文件。如果我们没有给可执行权限的话，1那么我们的rosrun会一直找不到节点（可执行文件）。

roscd learning_python
cd scripts 
touch publisher.py
sudo chmod +777 publisher.py

• 发布节点Python程序如下。

#!/usr/bin/env python #指定Python运行，即Python2 
#coding:utf‐8 #设置编码格式为utf‐8 

import rospy #导入rospy功能包
from std_msgs.msg import String #导入std_msgs/String消息功能包 

#定义talker函数 
def talker(): 

    pub = rospy.Publisher('chatter', String, queue_size=10) 
    #定义发布的主题名称chatter，消息类型String,实质是std_msgs.msg.String 
    #设置队列条目个数为10 


    rospy.init_node('talker', anonymous=True) 
    #初始化节点，节点名称为talker, 
    #anonymous=True，要求每个节点都有唯一的名称，避免冲突

    rate = rospy.Rate(10) 
    #设置发布的频率，单位是每秒次数，这是每秒10次的频率发布主题 

    #用于检测程序是否退出，是否按Ctrl‐C 或其他
    while not rospy.is_shutdown(): 
    hello_str = "hello world %s" % rospy.get_time() 
    rospy.loginfo(hello_str) #在屏幕输出日志信息 
    pub.publish(hello_str) #发布信息到主题 
    rate.sleep() #睡眠一定持续时间 

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

然后进行编译。

• 我们之前在C++下面写有订阅节点，可以来验证一下这个Python发布节点是否正确。我们依次启动ROS Master节点管理器、learning_python下的publisher.py发布节点脚本、learning_cplus下的listener订阅节点。
  • 启动ROS Master节点管理器。
    roscore
  • 启动learning_python下的publisher.py发布节点脚本。
    rosrun learning_python publisher.py
  • 启动learning_cplus下的listener订阅节点。
    rosrun learning_cplus listener

• 我们来启动一个rqt_graph节点关系图来查看一下节点关系。

rqt_graph

• 其中的的talker就是我们的Python发布节点，listener就是我们的C++订阅节点。接下来开始写订阅节点，老规矩，进入scripts文件夹，创建listener.py订阅节点文件， 然后赋予可执行权限。

roscd learning_python 
cd scripts 
touch listener.py
sudo chmod +777 listener.py

• 订阅节点Python程序如下。

#!/usr/bin/env python #指定Python运行，即Python2 
#coding:utf‐8 #设置编码格式为utf‐8 

import rospy #导入rospy功能包 
from std_msgs.msg import String #导入std_msgs/String消息功能包 

#定义回调函数 
def callback(data):
    rospy.loginfo(rospy.get_caller_id() + 'I heard %s', data.data) 

def listener():

    rospy.init_node('listener', anonymous=True) 
    #初始化节点，节点名称为talker 
    #anonymous=True，要求每个节点都有唯一的名称，避免冲突 

    rospy.Subscriber('chatter', String, callback) 
    #订阅函数，订阅chatter主题，内容类型是std_msgs.msgs.String。 
    #当有新内容，调用callback函数处理。接受到的主题内容作为参数传递给callback. 

    rospy.spin()
    #保持节点运行，直到节点关闭。
    #不像roscpp,rospy.spin不影响订阅的回调函数，因为回调函数有自己的线程。 

if __name__ == '__main__': 
    listener()

• 然后来验证一下订阅节点的一个功能。
  • 启动ROS Master节点管理器。
    roscore
  • 启动learning_python下的publisher.py发布节点脚本。
    rosrun learning_python publisher.py
  • 启动learning_cplus下的listener订阅节点。
    rosrun learning_python listener.py

可以看到，这是相当成功的。

• 我们可以对比一下C++的实现和Python的实现，可以看到原理和过程是一模一样的， 只是在关键字和语法方面有所不同。 初始化节点，发布消息声明，然后发布，延时；再或者就是定义回调函数，监听，延 时。当中的核心重点是在于发布的一个数据的格式。 假如说我现在想做一个惯导IMU，可是你不懂四元数（咳咳，这个不是重点）计算，但 是再这个时候你却发现，ROS有对惯导模块的功能包（比如imu_tools功能包），那么你需 要做的就是搞清楚这个功能包之间关系，看陀螺仪所获得数据是如何达到，又达到了哪个位 置。这就是ROS！ 同样，大家也可以试一下发布一个cmd_vel老控制小海龟的运动！