ROS云课基础题库-02主题topic和服务service案例-彩色圆环

题目：使用turtlesim绘制彩色圆环，给出设计思路和代码，并在云课中实现。

视频：

---

ROS云课基础题库-01C++案例-甜甜圈-CSDN博客 

如上为01题库，包括问题终端字符串动态甜甜圈和一些解决思路。

后续案例，只有题目和知识点。

效率是核心，但效率高的教程会忽略掉非常多的细节。

解决问题的思路和细节对于一个问题的有效求解至关重要。

关于这个，细节可以用智能大模型去解决。

两者结合，既有效率又有细节。 

---

---

如上示例能够写出代码编译并快速实现，就熟练掌握了主题和服务的核心概念。 

---

rqt

ROS机器人操作系统提供了rqt可视化工具，可以用纯手工的方式实现如上效果，但是需要花费大量时间，而且无法快速在其他电脑复现，也就是无法量产！

效率对于量产而言至关重要！

AI给出解决方案

使用 turtlesim 绘制彩色圆环并利用 rqt 的 topic 和 service 进行交互是一个有趣的项目。下面是设计思路和步骤：

设计思路

1. 环境准备：
   • 确保已安装 ROS（Robot Operating System）以及 turtlesim 软件包。
   • 启动 ROS Master 节点。
2. 创建工作空间：
   • 创建一个新的 ROS 工作空间，并在其中创建一个 ROS 包，用于存放自定义节点和脚本。
3. 绘制彩色圆环：
   • 使用 turtlesim 提供的 /turtle1/cmd_vel topic 来控制乌龟的移动。
   • 编写一个 ROS 节点，发布速度指令，让乌龟沿着圆形轨迹移动。
   • 改变乌龟的路径颜色，可以通过修改 turtlesim 的背景或使用自定义的标记来实现。
4. 颜色切换机制：
   • 利用 turtlesim 的 /turtle1/color_sensor 来检测颜色，或者通过自定义 service 改变乌龟的颜色。
   • 可以实现一个服务客户端，请求改变乌龟的颜色。
5. 使用 rqt 进行监控和交互：
   • 使用 rqt_graph 查看系统中的 topic 和 node。
   • 使用 rqt_plot 实时监控乌龟的位置和速度。
   • 利用 rqt_service_caller 调用服务来改变颜色。

实现步骤

1. 启动 ROS Master

bash复制代码

roscore

2. 启动 turtlesim 节点

在另一个终端中，启动 turtlesim_node：

bash复制代码

rosrun turtlesim turtlesim_node

3. 创建并运行自定义节点

创建一个新的 ROS 节点来控制乌龟的移动和颜色：

python复制代码

	#!/usr/bin/env python
	import rospy
	from geometry_msgs.msg import Twist
	from turtlesim.srv import SetPenColor, TeleportAbsolute
	def draw_circle():
	# 初始化节点
	rospy.init_node('draw_circle', anonymous=True)
	velocity_publisher = rospy.Publisher('/turtle1/cmd_vel', Twist, queue_size=10)
	rate = rospy.Rate(10) # 10Hz
	# 设置初始颜色
	rospy.wait_for_service('/turtle1/set_pen_color')
	try:
	set_pen_color = rospy.ServiceProxy('/turtle1/set_pen_color', SetPenColor)
	set_pen_color(255, 0, 0) # 设置为红色
	except rospy.ServiceException as e:
	print("Service call failed: %s" % e)
	# 定义移动指令
	vel_msg = Twist()
	vel_msg.linear.x = 1.0
	vel_msg.angular.z = 1.0
	# 移动并绘制圆环
	for _ in range(360):
	velocity_publisher.publish(vel_msg)
	rate.sleep()
	# 停止乌龟
	vel_msg.linear.x = 0
	vel_msg.angular.z = 0
	velocity_publisher.publish(vel_msg)
	if __name__ == '__main__':
	try:
	draw_circle()
	except rospy.ROSInterruptException:
	pass

4. 使用 rqt 进行监控和交互

• 启动 rqt_graph：

  bash复制代码

  rosrun rqt_graph rqt_graph

  查看系统中各个节点和 topic 的连接情况。

• 启动 rqt_plot：

  bash复制代码

  rosrun rqt_plot rqt_plot

  添加 /turtle1/pose 来实时监控乌龟的位置。

• 使用 rqt_service_caller 改变颜色：

  bash复制代码

  rosrun rqt_service_caller rqt_service_caller

  调用 /turtle1/set_pen_color 服务来设置不同的颜色。

总结

通过这个项目，你可以熟悉 ROS 的基本操作，包括 topic 和 service 的使用，以及如何通过编写自定义节点来实现特定的功能。利用 rqt 工具，你可以方便地监控系统状态，并进行实时交互和调整。这种设计方法不仅适用于 turtlesim，还可以推广到其他 ROS 应用场景中。

---

rqt详细知识点

rqt 是 ROS（Robot Operating System）中的一个图形用户界面（GUI）工具，基于 Qt 框架开发。它提供了一个模块化的界面，允许用户通过插件的形式扩展其功能，从而方便地显示日志、图像、发布话题数据及调用服务请求等。以下是关于 rqt 的详细知识点：

一、rqt的基本概念和特点

1. 概念：

   • rqt 是 ROS 的一个软件框架，以插件的形式实现了各种 GUI 工具。
   • 它允许用户在一个界面中同时管理多个 ROS 元素，如节点、话题、服务等。

2. 特点：

   • 扩展性好：用户可以通过编写插件来扩展 rqt 的功能。
   • 灵活易用：提供了直观的用户界面，降低了 ROS 系统的使用门槛。
   • 跨平台：支持多种操作系统，如 Linux、Windows 和 macOS。

二、rqt的安装与启动

1. 安装：

   • 在大多数 ROS 发行版中，rqt 是作为桌面完整安装的一部分提供的。如果没有安装，可以使用以下命令进行安装（以 ROS Noetic 为例）：

     bash复制代码

     	sudo apt-get install ros-noetic-rqt
     	sudo apt-get install ros-noetic-rqt-common-plugins

2. 启动：

   • 启动 rqt 的命令很简单，只需在终端中输入：

     bash复制代码

     rqt

   • 或者使用：

     bash复制代码

     rosrun rqt_gui rqt_gui

三、rqt的常用插件

rqt 提供了多种插件，以满足用户不同的需求。以下是一些常用的插件：

1. rqt_graph：

   • 功能：显示当前 ROS 系统的通信架构，包括节点、话题和服务的连接情况。
   • 使用：在 rqt 的插件菜单中选择“Node Graph”即可启动。

2. rqt_console：

   • 功能：显示和过滤 ROS 日志信息。
   • 使用：在 rqt 的插件菜单中选择“Console”即可启动。

3. rqt_plot：

   • 功能：以 2D 绘图的方式绘制发布在 topic 上的数据。
   • 使用：在 rqt 的插件菜单中选择“Plot”即可启动。

4. rqt_topic：

   • 功能：监控和发布话题数据。
   • 使用：在 rqt 的插件菜单中选择“Topics”下的相关选项即可。

5. rqt_service_caller：

   • 功能：调用 ROS 服务。
   • 使用：在 rqt 的插件菜单中选择“Services”下的“Service Caller”即可启动。

6. rqt_image_view：

   • 功能：显示图像数据。
   • 使用：在 rqt 的插件菜单中选择“Visualization”下的“Image View”即可启动。

四、rqt的自定义插件开发

rqt 提供了灵活的插件开发接口，允许用户根据自己的需求编写自定义插件。以下是一些基本的开发步骤：

1. 创建插件项目：

   • 在 ROS 工作空间的 src 目录下创建一个新的包，用于存放插件代码。
   • 在包的 CMakeLists.txt 和 package.xml 文件中添加相应的配置，以支持插件开发。

2. 编写插件代码：

   • 创建一个新的 Python 或 C++ 文件，用于实现插件的逻辑。
   • 在文件中导入必要的 ROS 和 Qt 模块，并编写插件的初始化、更新和清理等函数。

3. 编译和安装插件：

   • 使用 catkin_make 或 colcon build 命令编译插件项目。
   • 编译完成后，插件将自动安装在 ROS 的插件目录中。

4. 运行插件：

   • 启动 rqt，在插件菜单中选择自定义插件即可运行。

五、rqt的应用场景

rqt 广泛应用于 ROS 系统的监控、调试和可视化等场景。以下是一些典型的应用场景：

1. 系统监控：

   • 使用 rqt_graph 和 rqt_console 监控 ROS 系统的通信架构和日志信息。

2. 数据可视化：

   • 使用 rqt_plot 绘制发布在 topic 上的数据，以直观的方式展示传感器读数、控制信号等。

3. 服务调用：

   • 使用 rqt_service_caller 调用 ROS 服务，实现远程控制和参数设置等功能。

4. 图像显示：

   • 使用 rqt_image_view 显示来自摄像头的图像数据，便于进行图像处理和视觉分析。

六、总结

rqt 是 ROS 中一个功能强大的 GUI 工具，通过插件的形式提供了丰富的功能。它降低了 ROS 系统的使用门槛，使得用户能够更加直观和便捷地监控、调试和可视化 ROS 系统。同时，rqt 还支持自定义插件开发，允许用户根据自己的需求进行扩展和定制。

---

ROS主题C++知识点

以下是关于 ROS 主题（Topic）C++编程的详细知识点：

一、ROS主题概述

ROS（Robot Operating System）中的主题（Topic）是一种基于发布/订阅（Publish/Subscribe）模型的通信机制。它允许节点（Node）之间异步地交换消息（Message）。一个节点可以发布消息到某个主题，而另一个或多个节点可以订阅该主题以接收消息。

二、ROS主题C++编程基础

1. 初始化ROS节点

在编写ROS主题C++程序时，首先需要初始化ROS节点。这通常通过调用ros::init函数来实现。

cpp复制代码

	#include "ros/ros.h"
	int main(int argc, char **argv)
	{
	ros::init(argc, argv, "node_name"); // 初始化ROS节点，node_name为节点名称
	ros::NodeHandle nh; // 创建NodeHandle对象，用于管理节点
	return 0;
	}

2. 定义消息类型

在ROS中，消息是通过.msg文件定义的。这些文件位于功能包的msg目录下。为了使用自定义的消息类型，需要在CMakeLists.txt和package.xml文件中进行相应的配置，并运行catkin_make或colcon build来生成消息代码。

例如，定义一个简单的消息类型MyMessage.msg：

plaintext复制代码

int32 data

在CMakeLists.txt中添加：

plaintext复制代码

	find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
	roscpp
	std_msgs
	message_generation
	)
	add_message_files(
	FILES
	MyMessage.msg
	)
	generate_messages(
	DEPENDENCIES
	std_msgs
	)
	catkin_package(
	CATKIN_DEPENDS message_runtime roscpp std_msgs
	)

在package.xml中添加：

xml复制代码

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

3. 发布消息到主题

使用ros::Publisher对象可以发布消息到某个主题。在发布消息之前，需要创建并初始化Publisher对象。

cpp复制代码

	#include "ros/ros.h"
	#include "your_package_name/MyMessage.h" // 包含自定义消息头文件
	int main(int argc, char **argv)
	{
	ros::init(argc, argv, "publisher_node");
	ros::NodeHandle nh;
	ros::Publisher pub = nh.advertise<your_package_name::MyMessage>("my_topic", 1000); // 创建Publisher对象
	ros::Rate loop_rate(10); // 设置发布频率
	while (ros::ok())
	{
	your_package_name::MyMessage msg;
	msg.data = 42; // 设置消息内容
	pub.publish(msg); // 发布消息
	ROS_INFO("Published: [%d]", msg.data);
	loop_rate.sleep(); // 休眠以保持发布频率
	}
	return 0;
	}

4. 订阅主题以接收消息

使用ros::Subscriber对象可以订阅某个主题以接收消息。在订阅消息时，需要提供一个回调函数来处理接收到的消息。

cpp复制代码

	#include "ros/ros.h"
	#include "your_package_name/MyMessage.h"
	void messageCallback(const your_package_name::MyMessage::ConstPtr& msg)
	{
	ROS_INFO("Received: [%d]", msg->data);
	}
	int main(int argc, char **argv)
	{
	ros::init(argc, argv, "subscriber_node");
	ros::NodeHandle nh;
	ros::Subscriber sub = nh.subscribe("my_topic", 1000, messageCallback); // 创建Subscriber对象
	ros::spin(); // 进入回调函数处理循环
	return 0;
	}

三、高级主题

1. 队列长度

在创建Publisher和Subscriber对象时，可以指定队列长度。队列长度决定了在消息被处理之前可以缓冲的消息数量。如果队列满了，新的消息可能会被丢弃。

2. 延迟发布

通过设置latch参数为true，可以使Publisher在节点启动时发布最后一条消息给新的订阅者。这对于静态地图等不需要频繁更新的数据非常有用。

cpp复制代码

ros::Publisher pub = nh.advertise<your_package_name::MyMessage>("my_topic", 1000, true);

3. 话题同步

在复杂的应用中，可能需要同步多个话题的消息。这通常通过使用时间戳或回调函数中的逻辑来实现。

四、总结

ROS主题C++编程是ROS通信机制的基础。通过掌握主题的基本概念、消息定义、发布和订阅等知识点，可以方便地在ROS节点之间实现异步通信。此外，了解高级主题如队列长度、延迟发布和话题同步等，可以进一步优化ROS应用的性能和可靠性。

---

ROS服务C++知识点

以下是关于ROS服务C++编程的详细知识点：

一、ROS服务概述

ROS服务（Service）是一种基于请求/响应（Request/Response）模型的通信机制。它允许节点之间同步地交换数据，其中一个节点作为服务器（Server），提供特定的服务；另一个节点作为客户端（Client），请求该服务并接收响应。服务通信适用于需要即时反馈的场景，如查询机器人状态或执行一次性任务。

二、ROS服务C++编程基础

1. 定义服务类型

在ROS中，服务是通过.srv文件定义的。这些文件包含两个部分：请求（Request）和响应（Response）。例如，一个简单的加法服务AddTwoInts.srv可能定义如下：

plaintext复制代码

	int64 a
	int64 b
	---
	int64 sum

这表示服务接收两个int64类型的整数作为请求，并返回一个int64类型的整数作为响应。

2. 配置CMakeLists.txt和package.xml

为了使用自定义的服务类型，需要在CMakeLists.txt和package.xml文件中进行相应的配置。

• 在CMakeLists.txt中添加：

plaintext复制代码

	find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
	roscpp
	rospy
	std_msgs
	message_generation
	)
	add_service_files(
	FILES
	AddTwoInts.srv
	)
	generate_messages(
	DEPENDENCIES
	std_msgs
	)
	catkin_package(
	CATKIN_DEPENDS message_runtime roscpp rospy std_msgs
	)

• 在package.xml中添加：

xml复制代码

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

3. 编写服务端节点

服务端节点负责提供服务并处理客户端的请求。以下是一个简单的加法服务服务端的实现：

cpp复制代码

	#include "ros/ros.h"
	#include "your_package_name/AddTwoInts.h" // 包含自定义服务头文件
	bool add(your_package_name::AddTwoInts::Request &req,
	your_package_name::AddTwoInts::Response &res)
	{
	res.sum = req.a + req.b;
	ROS_INFO("request: x=%ld, y=%ld", (long int)req.a, (long int)req.b);
	ROS_INFO("sending back response: [%ld]", (long int)res.sum);
	return true;
	}
	int main(int argc, char **argv)
	{
	ros::init(argc, argv, "add_two_ints_server");
	ros::NodeHandle n;
	ros::ServiceServer service = n.advertiseService("add_two_ints", add);
	ROS_INFO("Ready to add two ints.");
	ros::spin();
	return 0;
	}

在这个例子中，add函数是处理客户端请求的服务回调函数。它接收一个请求对象req和一个响应对象res，计算req.a和req.b的和，并将结果存储在res.sum中。然后，它返回true表示服务处理成功。

4. 编写客户端节点

客户端节点负责请求服务并接收响应。以下是一个简单的加法服务客户端的实现：

cpp复制代码

	#include "ros/ros.h"
	#include "your_package_name/AddTwoInts.h"
	#include <cstdlib>
	int main(int argc, char **argv)
	{
	ros::init(argc, argv, "add_two_ints_client");
	if (argc != 3)
	{
	ROS_INFO("usage: add_two_ints_client X Y");
	return 1;
	}
	ros::NodeHandle n;
	ros::ServiceClient client = n.serviceClient<your_package_name::AddTwoInts>("add_two_ints");
	your_package_name::AddTwoInts srv;
	srv.request.a = atoll(argv[1]);
	srv.request.b = atoll(argv[2]);
	if (client.call(srv))
	{
	ROS_INFO("Sum: %ld", (long int)srv.response.sum);
	}
	else
	{
	ROS_ERROR("Failed to call service add_two_ints");
	return 1;
	}
	return 0;
	}

在这个例子中，client.call(srv)用于调用服务。如果调用成功，它将返回true，并且响应将存储在srv.response中。然后，程序输出计算结果。

三、ROS服务C++编程高级知识点

1. 服务的持久连接

默认情况下，客户端在每次请求服务时都会重新连接服务端。如果希望客户端能够长期连接到服务端，可以使用持久连接。

cpp复制代码

ros::ServiceClient client = n.serviceClient<your_package_name::AddTwoInts>("add_two_ints", true);

2. 服务的异步调用

在某些情况下，可能需要异步调用服务。ROS提供了异步调用服务的功能，允许客户端在请求服务后立即继续执行其他代码，并在服务处理完成后接收响应。

3. 服务的参数化

服务可以接收动态参数，这使得服务更加灵活和可配置。例如，可以将服务的名称作为参数传递给客户端，从而允许客户端请求不同的服务。

4. 服务的错误处理

在实际应用中，服务调用可能会失败。因此，客户端需要处理服务调用失败的情况，例如重试请求、记录错误日志或通知用户。

四、总结

ROS服务C++编程是实现机器人应用中同步通信的重要手段。通过掌握服务的基本概念、定义、服务端和客户端的编写以及高级知识点，可以方便地在ROS节点之间实现请求/响应通信。在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的通信机制，并结合ROS的其他功能来构建高效、可靠的机器人系统。

---