Знакомство с ROS2. Практикум: cоздаем систему издатель-подписчик

Создадим простой пример с двумя нодами:

• Первая нода будет публиковать сообщения типа String в топик "chatter"

• Вторая нода будет подписываться на этот топик и выводить полученные сообщения

Нода-издатель (Publisher)

#!/usr/bin/env python3
import rclpy
from rclpy.node import Node
from std_msgs.msg import String


class MinimalPublisher(Node):
    def __init__(self):
        super().__init__('minimal_publisher')  # Имя ноды
        # Создаем паблишер, который будет отправлять сообщения типа String в топик 'chatter'
        self.publisher_ = self.create_publisher(String, 'chatter', 10)  # 10 - размер очереди
        timer_period = 1.0  # секунды
        # Создаем таймер, который будет вызывать функцию timer_callback каждую секунду
        self.timer = self.create_timer(timer_period, self.timer_callback)
        self.i = 0

    def timer_callback(self):
        # Создаем сообщение
        msg = String()
        msg.data = f'Hello World: {self.i}'
        # Публикуем сообщение
        self.publisher_.publish(msg)
        # Выводим информацию о публикации
        self.get_logger().info(f'Publishing: "{msg.data}"')
        self.i += 1


def main(args=None):
    # Инициализация ROS2
    rclpy.init(args=args)

    # Создаем экземпляр ноды
    minimal_publisher = MinimalPublisher()

    # Запускаем ноду
    rclpy.spin(minimal_publisher)

    # Уничтожаем ноду и завершаем работу
    minimal_publisher.destroy_node()
    rclpy.shutdown()


if __name__ == '__main__':
    main()

Нода-подписчик (Subscriber)

#!/usr/bin/env python3
import rclpy
from rclpy.node import Node
from std_msgs.msg import String


class MinimalSubscriber(Node):
    def __init__(self):
        super().__init__('minimal_subscriber')  # Имя ноды
        # Создаем подписчика на топик 'chatter', который будет вызывать
        # функцию listener_callback при получении сообщения
        self.subscription = self.create_subscription(
            String,              # Тип сообщения
            'chatter',           # Имя топика
            self.listener_callback,  # Функция обратного вызова
            10)                  # Размер очереди
        self.subscription  # Предотвращает предупреждение о неиспользуемой переменной

    def listener_callback(self, msg):
        # Обрабатываем полученное сообщение
        self.get_logger().info(f'I heard: "{msg.data}"')


def main(args=None):
    # Инициализация ROS2
    rclpy.init(args=args)

    # Создаем экземпляр ноды
    minimal_subscriber = MinimalSubscriber()

    # Запускаем ноду
    rclpy.spin(minimal_subscriber)

    # Уничтожаем ноду и завершаем работу
    minimal_subscriber.destroy_node()
    rclpy.shutdown()


if __name__ == '__main__':
    main()

Как это работает

1. Инициализация ROS2: rclpy.init(args=args) инициализирует систему ROS2.

2. Создание нод:

3. MinimalPublisher и MinimalSubscriber — это классы, наследующие от базового класса Node.

4. При создании ноды мы задаем ей имя: super().__init__('minimal_publisher').

5. Паблишер:

6. Создается с помощью self.create_publisher(String, 'chatter', 10), где:

7. String — тип сообщения

8. 'chatter' — имя топика

9. 10 — размер очереди сообщений

10. Подписчик:

11. Создается с помощью self.create_subscription(String, 'chatter', self.listener_callback, 10), где:

12. String — тип сообщения

13. 'chatter' — имя топика

14. self.listener_callback — функция, которая будет вызвана при получении сообщения

15. 10 — размер очереди сообщений

16. Обмен сообщениями:

17. Паблишер отправляет сообщения через self.publisher_.publish(msg)

18. Подписчик автоматически получает сообщения через функцию обратного вызова listener_callback

19. Запуск нод:

20. rclpy.spin(node) запускает обработку сообщений и колбэков ноды

21. Нода работает до тех пор, пока не будет вызван rclpy.shutdown()

Запуск примера

Чтобы запустить этот пример, нужно:1.

Создать пакет ROS2:

source /opt/ros/jazzy/setup.bash
ros2 pkg create --build-type ament_python my_package

1. Поместить код в файлы my_package/my_package/publisher_node.pyГде создадим Python файлы:

# Перейдем в директорию пакета
cd my_package

# Создадим файлы в подкаталоге my_package
touch my_package/publisher_node.py
touch my_package/subscriber_node.py

.

Добавим код в соответствующие файлы:

nano publisher_node.py
nano subscriber_node.py

1. Настроим точки входа в setup.py:Когда мы создаем пакет ROS2 с помощью команды ros2 pkg create, в корневой директории пакета автоматически создается файл setup.py. Нужно открыть этот файл в любом текстовом редакторе:

nano setup.py

Так выглядит setup.py по умолчанию:

from setuptools import find_packages, setup

package_name = 'my_package'

setup(
    name=package_name,
    version='0.0.0',
    packages=find_packages(exclude=['test']),
    data_files=[
        ('share/ament_index/resource_index/packages',
         ['resource/' + package_name]),
        ('share/' + package_name, ['package.xml']),
    ],
    install_requires=['setuptools'],
    zip_safe=True,
    maintainer='wtf',
    maintainer_email='wtf@todo.todo',
    description='TODO: Package description',
    license='TODO: License declaration',
    tests_require=['pytest'],
    entry_points={
        'console_scripts': [],
    },
)

Нужно добавить или изменить раздел entry_points в функции setup().

Найдем этот раздел (если он уже есть) или добавим его перед закрывающей скобкой функции setup():

entry_points={
    'console_scripts': [
        'talker = my_package.publisher_node:main',
        'listener = my_package.subscriber_node:main',
    ],
},

Полный файл setup.py после редактирования должен выглядеть так:

from setuptools import find_packages, setup

package_name = 'my_package'

setup(
    name=package_name,
    version='0.0.0',
    packages=find_packages(exclude=['test']),
    data_files=[
        (
            'share/ament_index/resource_index/packages',
            ['resource/' + package_name],
        ),
        ('share/' + package_name, ['package.xml']),
    ],
    install_requires=['setuptools'],
    zip_safe=True,
    maintainer='wtf',
    maintainer_email='wtf@todo.todo',
    description='TODO: Package description',
    license='TODO: License declaration',
    tests_require=['pytest'],
    entry_points={
        'console_scripts': [
            'talker = my_package.publisher_node:main',
            'listener = my_package.subscriber_node:main',
        ],
    },
)

Что означают эти точки входа

Каждая строка в разделе 'console_scripts' имеет формат:

'имя_команды = путь_к_модулю:функция'

Где:

• имя_команды — это имя, которое будет использоваться для запуска программы через командную строку (например, ros2 run my_package talker)

• путь_к_модулю — это путь к Python-модулю относительно корня пакета

• функция — это имя функции в модуле, которая будет вызвана при запуске команды В нашем примере:

• talker = my_package.publisher_node:main означает, что команда ros2 run my_package talker будет вызывать функцию main() из файла my_package/publisher_node.py

• listener = my_package.subscriber_node:main означает, что команда ros2 run my_package listener будет вызывать функцию main() из файла my_package/subscriber_node.py

Сохраним файл и соберем пакет

После редактирования сохраним файл и соберем пакет:

# Соберем пакет
colcon build --packages-select my_package

# Загрузим настройки окружения
source install/setup.bash

Запуск

Запустим в первом терминале

# В первом терминале:
source install/setup.bash
ros2 run my_package talker

Запустим во втором терминале:

# Во втором терминале:
source install/setup.bash
export ROS_AUTOMATIC_DISCOVERY_RANGE=LOCALHOST
ros2 run my_package listener

Команда export ROS_AUTOMATIC_DISCOVERY_RANGE=LOCALHOST используется для ограничения области обнаружения узлов ROS2 только локальным компьютером.

Удаление пакета

Удалим папку с пакетом:

rm -rf my_package

Перестроим рабочее пространство без этого пакета:

colcon build

.

Основные причины перестройки рабочего пространства

1. Обновление индексов пакетов

2. ROS2 поддерживает индексы доступных пакетов

3. После удаления пакета нужно обновить эти индексы, чтобы система «знала», что пакет больше не доступен

4. Обновление зависимостей

5. Если другие пакеты зависели от удаленного пакета, они должны быть перестроены

6. colcon build проверит зависимости и перестроит только то, что необходимо

7. Очистка ссылок

8. В директориях install и build остаются ссылки на удаленный пакет

9. Перестройка обновит эти директории, удалив неактуальные ссылки

10. Обновление overlay

11. ROS2 использует систему overlay для пакетов

12. Перестройка обновляет overlay, чтобы удаленный пакет не был доступен при использовании команды source install/setup.bash Перестройку можно пропустить, если:

13. Удаляем весь рабочий каталог целиком

14. Не планируется использовать оставшиеся пакеты из этого рабочего пространства

15. Собираемся создать новое рабочее пространство с нуля

---

Содержание

1. Установка

2. Установка на Windows и Ubuntu

3. Установка на Raspberry Pi

4. Ключевые концепции:

5. Нода, топик, издатель, подписчик, сервисы и действия

6. Пакеты, рабочие пространства, наложение

7. Практикум: cоздаем систему издатель-подписчик

8. Практикум: управляем двигателем с помощью Raspberry Pi