Python如何获取ros的消息

Python获取ROS消息的方法有：使用rospy库、编写Subscriber节点、使用回调函数。其中，使用rospy库是最常见且基本的方法，它为ROS中的各种通信模式提供了Python接口。编写Subscriber节点是实现消息获取的具体过程，而使用回调函数则是处理接收到的消息的关键。本文将详细介绍如何通过Python获取ROS消息，并逐步讲解每个步骤的细节。

一、ROS与Python的基本概念

1、什么是ROS

ROS（Robot Operating System）是一种用于机器人软件开发的开源框架，提供了硬件抽象、底层设备控制、常用功能实现、消息传递以及包管理等功能。它是一个灵活的软件框架，用于编写机器人软件。

2、Python在ROS中的作用

Python在ROS中扮演着重要角色，尤其是对于快速开发和原型制作。ROS提供了rospy库，使得Python可以方便地与ROS系统进行通信。通过rospy，开发者可以编写节点、发布和订阅消息、调用服务等。

二、安装和配置

1、安装ROS

在开始之前，确保你已经安装了ROS。可以参考ROS官网的安装指南，根据你的操作系统选择相应的安装步骤。

2、安装rospy

rospy通常包含在ROS的标准安装包中。如果没有安装，可以通过以下命令进行安装：

sudo apt-get install ros-<your_ros_distro>-rospy

将 <your_ros_distro> 替换为你安装的ROS发行版，比如 melodic 或 noetic。

三、创建并配置工作空间

在开始编写代码之前，需要创建一个ROS工作空间并进行配置。假设你已经安装并配置好ROS环境，下面是创建工作空间的步骤：

mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd ~/catkin_ws/
catkin_make
source devel/setup.bash

四、编写Subscriber节点

1、创建Python脚本

在工作空间的 src 目录下创建一个新的包，并在包中创建Python脚本。假设包名为 my_robot_pkg：

cd ~/catkin_ws/src catkin_create_pkg my_robot_pkg std_msgs rospy roscpp cd my_robot_pkg/src touch listener.py chmod +x listener.py

2、编写Subscriber节点

打开 listener.py 并编写如下代码：

#!/usr/bin/env python
import rospy
from std_msgs.msg import String
def callback(data):
    rospy.loginfo(rospy.get_caller_id() + " I heard %s", data.data)
def listener():
    rospy.init_node('listener', anonymous=True)
    rospy.Subscriber("chatter", String, callback)
    rospy.spin()
if __name__ == '__main__':
    listener()

3、代码解释

初始化节点：rospy.init_node('listener', anonymous=True) 初始化一个ROS节点，节点名称为 listener。
订阅话题：rospy.Subscriber("chatter", String, callback) 订阅名为 chatter 的话题，消息类型为 String，收到消息后调用 callback 函数。
回调函数：callback(data) 是一个回调函数，当接收到消息时被调用，并输出消息内容。
保持节点运行：rospy.spin() 保持节点运行，直到节点被关闭。

五、发布消息进行测试

为了测试订阅节点，需要一个发布节点来发布消息。可以创建一个新的Python脚本 talker.py，如下所示：

#!/usr/bin/env python
import rospy
from std_msgs.msg import String
def talker():
    pub = rospy.Publisher('chatter', String, queue_size=10)
    rospy.init_node('talker', anonymous=True)
    rate = rospy.Rate(10) # 10hz
    while not rospy.is_shutdown():
        hello_str = "hello world %s" % rospy.get_time()
        rospy.loginfo(hello_str)
        pub.publish(hello_str)
        rate.sleep()
if __name__ == '__main__':
    try:
        talker()
    except rospy.ROSInterruptException:
        pass

六、运行节点

1、编译工作空间

在工作空间目录下运行 catkin_make：

cd ~/catkin_ws
catkin_make

2、运行ROS核心

在一个终端窗口中运行 roscore：

roscore

3、运行发布节点

在一个新的终端窗口中运行发布节点：

source ~/catkin_ws/devel/setup.bash rosrun my_robot_pkg talker.py

4、运行订阅节点

在另一个终端窗口中运行订阅节点：

source ~/catkin_ws/devel/setup.bash rosrun my_robot_pkg listener.py

七、处理复杂消息类型

1、定义自定义消息类型

有时你需要处理比 std_msgs/String 更复杂的消息类型，可以通过定义自定义消息类型来实现。在 my_robot_pkg 包下创建 msg 目录，并在其中创建一个消息文件 Complex.msg：

cd ~/catkin_ws/src/my_robot_pkg mkdir msg touch msg/Complex.msg

在 Complex.msg 中定义消息结构，例如：

float32 x float32 y string name

2、修改 `CMakeLists.txt` 和 `package.xml`

在 CMakeLists.txt 中添加：

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
  std_msgs
  rospy
  roscpp
  message_generation
)
add_message_files(
  FILES
  Complex.msg
)
generate_messages(
  DEPENDENCIES
  std_msgs
)

在 package.xml 中添加：

<build_depend>message_generation</build_depend>
<exec_depend>message_runtime</exec_depend>

3、编写Subscriber和Publisher节点

修改 listener.py 和 talker.py，使其使用自定义消息类型 Complex。首先，在导入自定义消息类型：

from my_robot_pkg.msg import Complex

然后，在 listener.py 中修改回调函数和订阅设置：

def callback(data):
    rospy.loginfo("I heard x: %f, y: %f, name: %s", data.x, data.y, data.name)
def listener():
    rospy.init_node('listener', anonymous=True)
    rospy.Subscriber("complex_topic", Complex, callback)
    rospy.spin()

同样地，在 talker.py 中修改发布设置：

def talker():
    pub = rospy.Publisher('complex_topic', Complex, queue_size=10)
    rospy.init_node('talker', anonymous=True)
    rate = rospy.Rate(10) # 10hz
    while not rospy.is_shutdown():
        complex_msg = Complex()
        complex_msg.x = 1.0
        complex_msg.y = 2.0
        complex_msg.name = "example"
        rospy.loginfo("Publishing x: %f, y: %f, name: %s", complex_msg.x, complex_msg.y, complex_msg.name)
        pub.publish(complex_msg)
        rate.sleep()

八、扩展与最佳实践

1、使用类封装节点

为了更好地组织代码，可以使用类来封装ROS节点。例如：

class ListenerNode:
    def __init__(self):
        rospy.init_node('listener', anonymous=True)
        self.sub = rospy.Subscriber("complex_topic", Complex, self.callback)
    def callback(self, data):
        rospy.loginfo("I heard x: %f, y: %f, name: %s", data.x, data.y, data.name)
    def spin(self):
        rospy.spin()
if __name__ == '__main__':
    node = ListenerNode()
    node.spin()

2、错误处理与日志

在ROS节点中，良好的错误处理和日志记录是非常重要的。可以使用 try-except 块来捕获异常，并使用 rospy.logerr 记录错误信息。例如：

try:
    # Some ROS operations
except rospy.ROSException as e:
    rospy.logerr("ROS Exception: %s", str(e))

九、总结

通过以上步骤，你已经学会了如何在Python中获取ROS消息，并了解了从基础到进阶的各种方法。使用rospy库、编写Subscriber节点、使用回调函数 是获取ROS消息的核心步骤。此外，处理复杂消息类型、使用类封装节点以及良好的错误处理和日志记录都是开发高质量ROS节点的重要技巧。

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