如何基于PyQt5实现ROS人机交互软件（python语言）

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分类专栏： Qt 文章标签：人机交互 qt5 python

于 2023-12-14 10:27:49 首次发布

本文链接：https://blog.csdn.net/smith_chai/article/details/134973368

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本文介绍了如何在ROS2环境中使用PyQt5创建用户界面，包括安装环境设置、QtDesigner设计UI、创建功能包、编写并测试代码，以及展示了一个实例，展示了如何实现实时消息传递和UI更新。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

本文参考课程链接为：古月学院课程《如何基于PyQt5实现ROS人机交互软件 • 蒋程扬》

ROS2学习资料为：ROS2官方文档

ROS2课程学习链接为：古月居·ROS2入门21讲

一、本机开发环境说明

虚拟机版本

Ubuntu操作系统

ROS操作系统

qt creator版本

VMWare17

Ubuntu 22.04 LTS

ROS2 Humble

5.12.9

下载链接：qt不同版本下载链接

二、前期准备工作

我在Ubuntu下安装了qtcreator后，就自带python库、PyQt5、PyQt5-tools开发工具，在VSCode中下载插件（python、PYQT Integration、Qt for python），终端采用

sudo apt install pyqt5-dev-tools

sudo apt install pyqt5-dev-tools安装pyuic。

pyuic5的作用为：Qt通过其专门的界面设计（Qt Designer），可很方便的通过拖拉拽的方式去生成界面，Qt将其界面以 .ui 的后缀进行保存，在pyqt5中通过命令pyuic5 $FileNsetupUiame$ -o $FileNameWithoutExtension$.py（后边会详细说明）即可将.ui文件转化为.python文件进行代码使用。

三、ROS2环境下创建PyQt5功能包

ROS环境下使用PyQt5的基本思路是：先创建python功能包，接着导入pyqt5直接使用。事实上不创建功能包，仅仅通过一个py文件就可以使用ROS与PyQt5，这里创建功能包（主要作用是）将py文件封装成一个标准的ROS可识别的可执行程序，以便使用ROS的生态，如通过rosrun等运行功能包。创建基于python的ROS2功能包步骤如下：

1. 创建工作空间

mkdir -p ~/ros2_ws/src

2. 来到工作空间src目录下执行创建功能包指令：

ros2 pkg create --build-type ament_python --node-name ros2_pyqt5_app ros2_pyqt5_app

创建成功如下图所示：

3. 编译工作空间

cd ~/ros2_ws
colcon build

4. source工作空间到环境变量

cd ~/ros2_ws
source ./install/setup.sh

5. 在ros2_ws下运行功能包

ros2 run ros2_pyqt5_app ros2_pyqt5_app

运行功能包效果如下图所示。终端会打印一句python文件自带的一句打印输出（Hi from ros2_pyqt5_app.
）

四、实例1

1. 在Qt 5 Designer中设计UI界面

双击打开Qt 5 designer

会提示如下界面：

依次选择Main Window、create、如下图所示：

点击create后，出现如下界面：

在红色框框内进行拖拽左侧的一系列控件，我这里拖拽一个文本显示控件Label控件，如下图所示：

拖拽好label控件后，CTRL+S保存，会提示保存在哪里。你要先去ros2_ws工作空间的以下目录（~/ros2_ws/src/ros2_pyqt5_app/ros2_pyqt5_app）创建一个ui文件夹，如下图所示：

然后再掉过头来在Qt Designer设计器保存那里选择你刚才创建的ui文件夹双击进去，点击save。如下图所示：

保存以后，你会看到ui文件夹里面多了一个.ui文件：

2. 将UI界面设计好的.ui文件通过pyuic5的命令自动生成.py文件

这个.ui文件就是你刚才在Qt Designer设计器里面的UI界面拖拽了一个label控件的那个UI界面。在ui文件夹里面的空白处右键，打开终端，输入以下命令：【这里解释一下该句命令的含义：用pyuic5将untitled.ui文件，自动生成mainwindow_ui.py这个python文件。mainwindow_ui.py这个python文件的命名可以自己随意命名。】

pyuic5 untitled.ui -o mainwindow_ui.py

会看到ui文件夹里面多出了一个文件（上面那个pyuic5命令自动生成的）：

3. 需要在ui文件夹内新建一个空白.py文件

然后需要在ui文件夹里面新建一个空的python文件（__init__.py），因为不新建这个空文件，后续UI文件夹就不会成为我们的一个模块，影响后续的执行。命令如下（在ui文件夹里面直接打开终端，输入以下命令）：

touch __init__.py

4. 复制UI文件夹到指定路径下

然后，将ui文件夹复制到该目录下（~/ros2_ws/install/ros2_pyqt5_app/lib/python3.10/site-packages/ros2_pyqt5_app），原因也是不复制会影响后续代码运行，如下图所示：

5. 编写代码ros2_pyqt5_app.py文件

复制好以后就开始编写代码，我直接右键ros2_ws下的src，用其他方式打开，选择VSCode，如下图所示：

看到VSCode中显示如上图四行代码，我们就是要在这个python文件里面编写代码。在写代码前，先看一下ui文件里面之前用pyuic5命令自动生成的python文件里面都有哪些内容吧，内容如下：

后边也主要是用UI_MainWindow这个类。

接下来开始编写代码（ros2_pyqt5_app.py文件）如下：

#encoding utf-8
import sys
import threading
import time
import rclpy
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QMainWindow, QLabel, QVBoxLayout, QWidget
from PyQt5.QtCore import QObject, pyqtSignal, QTimer
from std_msgs.msg import String
from rclpy.node import Node
from ui.mainwindow_ui import *

# 定义ROS节点和Qt信号的类
class RclCommNode(Node, QObject):
    signal_recv_msg = pyqtSignal(str)  # 自定义的Qt信号，用于在ROS和Qt之间传递消息

    def __init__(self):
        Node.__init__(self, "ros2_pyqt5_demo")  # 初始化ROS节点
        QObject.__init__(self)  # 初始化Qt对象
        self.chatter_publisher = self.create_publisher(String, "ros2_chatter", 10)  # 创建ROS发布者
        self.chatter_subscriber = self.create_subscription(String, "ros2_chatter", self.chatter_callback, 10)  # 创建ROS订阅者

        # 定时器，每秒发布一次车速信息
        self.timer = QTimer(self)
        self.timer.timeout.connect(self.publish_speed)
        self.timer.start(1000)

    # ROS订阅回调函数，当接收到消息时触发
    def chatter_callback(self, data):
        msg = data.data
        print("接收到消息:", msg)
        self.signal_recv_msg.emit(msg)  # 发送Qt信号，通知Qt界面更新

    # 发布车速信息
    def publish_speed(self):
        # 生成在[0, 100]范围内的带有一位小数的虚拟车速信息
        speed_value = round((time.time() % 100), 1)
        speed_msg = String()
        speed_msg.data = "车速: {} m/s".format(speed_value)
        self.chatter_publisher.publish(speed_msg)

# Qt主窗口类
class MainWindow(QMainWindow,Ui_MainWindow):
    def __init__(self, comm_node):
        super(MainWindow, self).__init__()
        self.setupUi(self)        
        comm_node.signal_recv_msg.connect(self.set_label_text)  # 将Qt信号连接到更新界面的方法

    # 更新标签文本的方法
    def set_label_text(self, msg):
        self.label.setText("接收到的消息: " + msg)

# 在单独线程中运行ROS节点的spin函数
def ros_spin(node):
    while True:
        rclpy.spin_once(node)
        time.sleep(0.1)

# 主函数
def main(args=None):
    rclpy.init(args=args)
    app = QApplication(sys.argv)

    # 创建ROS节点和Qt主窗口
    commNode = RclCommNode()
    w = MainWindow(commNode)
    w.show()
    # 在单独线程中运行ROS节点的spin函数
    thread_spin = threading.Thread(target=ros_spin, args=(commNode,))
    thread_spin.start()
    sys.exit(app.exec_())

if __name__ == '__main__':
    main()