Turtlebot4入门教程-演示-创建节点(Python) - 创客智造/爱折腾智能机器人

Turtlebot4入门教程-演示-创建节点(Python)

说明：

本教程将介绍创建 ROS2 包和用 Python 编写 ROS2 节点的步骤。
有关 C++ 示例，请单击此处。
这些步骤与 ROS2 教程类似，但侧重于与 TurtleBot 4 的交互。源代码，请单击此处。
您可以在 TurtleBot 4 的 Raspberry Pi 或 PC 上学习本教程。

相关设备：

Turtlebot4机器人套件：采购地址

创建工作区

如果您还没有工作区，请打开一个终端并在您选择的目录中创建一个：

mkdir ~/turtlebot4_ws/src -p

创建包和节点

您将需要创建一个 ROS2 包来保存您的文件。
在本教程中，我们将创建一个名为 turtlebot4_python_tutorials 的包，其中包含一个名为 turtlebot4_first_python_node 的节点。

source /opt/ros/galactic/setup.bash
cd ~/turtlebot4_ws/src
ros2 pkg create --build-type ament_python --node-name turtlebot4_first_python_node turtlebot4_python_tutorials

这将创建一个 turtlebot4_python_tutorials 文件夹并使用基本的“Hello World”节点以及 ROS2 Python 包所需的 setup 和 package.xml 文件填充它。

写你的节点

下一步是开始编码。
对于本教程，我们的目标是使用 Create® 3 界面按钮 1 更改 Create® 3 灯环的颜色。
在您最喜欢的文本编辑器中打开位于 ~/turtlebot4_ws/src/turtlebot4_python_tutorials/turtlebot4_python_tutorials/turtlebot4_first_python_node.py 的“Hello World”.py 文件。

添加您的依赖项

对于本教程，我们将需要使用 rclpy 和 irobot_create_msgs 包。
rclpy 包允许我们创建 ROS2 节点，并让我们可以完全访问 Python 中的所有基本 ROS2 功能。
irobot_create_msgs 包使我们能够访问 Create® 3 用于读取按钮按下和控制灯环的自定义消息。
在 package.xml 中，在 <buildtool_depend>ament_cmake</buildtool_depend> 下添加这些行：

<depend>rclpy</depend>
<depend>irobot_create_msgs</depend>

在您的 .py 文件中，导入这些包：

from irobot_create_msgs.msg import InterfaceButtons, LightringLeds

import rclpy
from rclpy.node import Node
from rclpy.qos import qos_profile_sensor_data

创建一个类

现在已经设置了依赖项，我们可以创建一个继承自 rclpy.Node 类的类。我们将这个类称为 TurtleBot4FirstNode。

class TurtleBot4FirstNode(Node):
    def __init__(self):
        super().__init__('turtlebot4_first_python_node')

请注意，我们的类调用 super() 构造函数并将我们的节点名称turtlebot4_first_python_node 传递给它。
我们现在可以在主函数中创建我们的节点并旋转它。由于我们的节点是空的，节点将被创建但它不会做任何事情。

def main(args=None):
    rclpy.init(args=args)
    node = TurtleBot4FirstNode()
    rclpy.spin(node)
    node.destroy_node()
    rclpy.shutdown()

订阅 Create® 3 界面按钮

我们的下一步是订阅 Create® 3 界面按钮主题以接收按钮按下。
我们需要为订阅创建一个 rclpy.Subscription 以及一个回调函数。
每次我们收到关于界面按钮主题的消息时，都会调用回调函数。

class TurtleBot4FirstNode(Node):
    lights_on_ = False

    def __init__(self):
        super().__init__('turtlebot4_first_python_node')

        # Subscribe to the /interface_buttons topic
        self.interface_buttons_subscriber = self.create_subscription(
            InterfaceButtons,
            '/interface_buttons',
            self.interface_buttons_callback,
            qos_profile_sensor_data)
    
    # Interface buttons subscription callback
    def interface_buttons_callback(self, create3_buttons_msg: InterfaceButtons):

注意 interface_buttons_subscriber 使用 InterfaceButtons 消息类型，服务质量是 qos_profile_sensor_data。这些参数必须与主题匹配，否则订阅会失败。
如果您不确定主题使用的是什么消息类型或 QoS，您可以使用 ROS2 CLI 查找此信息。
调用 ros2 topic info / --verbose 以获取完整的详细信息。

请输入图片描述

Test Create® 3 Button 1

现在我们已经订阅了，让我们通过在每次按下按钮 1 时打印一条消息来测试我们的节点。
编辑界面按钮回调函数，如下所示：

# Interface buttons subscription callback
def interface_buttons_callback(self, create3_buttons_msg: InterfaceButtons):
    # Button 1 is pressed
    if create3_buttons_msg.button_1.is_pressed:
        self.get_logger().info('Button 1 Pressed!')

现在，每次我们收到关于 /interface_buttons 主题的消息时，我们都会检查按钮 1 是否被按下，如果是，则节点将打印一条消息。
为了测试这一点，我们需要使用 colcon 构建我们的包：

cd ~/turtlebot4_ws
colcon build --symlink-install --packages-select turtlebot4_python_tutorials
source install/local_setup.bash

--symlink-install 允许我们安装指向 Python 脚本的符号链接，而不是脚本的副本。这意味着我们对脚本所做的任何更改都将应用于已安装的脚本，因此我们不需要在每次更改后重新构建包。
--packages-select 标志允许您输入要构建的任意数量的包，以防您不想在工作区中构建所有包。
现在，尝试运行节点：

ros2 run turtlebot4_python_tutorials turtlebot4_first_python_node

当你运行它时，在你按下 TurtleBot 4 上的按钮 1 之前什么都不会发生。
按下按钮，您应该会在终端中看到以下消息：

[INFO] [1652384338.145094927] [turtlebot4_first_python_node]: Button 1 Pressed!

像这样打印消息是调试代码的好方法。

创建灯光发布者

现在我们可以接收到按钮按下，让我们创建一个 lightring 发布者。

class TurtleBot4FirstNode(Node):
    def __init__(self):
        super().__init__('turtlebot4_first_python_node')

        # Subscribe to the /interface_buttons topic
        self.interface_buttons_subscriber = self.create_subscription(
            InterfaceButtons,
            '/interface_buttons',
            self.interface_buttons_callback,
            qos_profile_sensor_data)

        # Create a publisher for the /cmd_lightring topic
        self.lightring_publisher = self.create_publisher(
            LightringLeds,
            '/cmd_lightring',
            qos_profile_sensor_data)

Lightring 发布者使用 LightringLeds 消息类型。
接下来，让我们创建一个将填充 LightringLeds 消息并发布它的函数。
在您的 interface_buttons_callback 函数下方添加此代码：

def button_1_function(self):
    # Create a ROS2 message
    lightring_msg = LightringLeds()
    # Stamp the message with the current time
    lightring_msg.header.stamp = self.get_clock().now().to_msg()

    # Override system lights
    lightring_msg.override_system = True

    # LED 0
    lightring_msg.leds[0].red = 255
    lightring_msg.leds[0].blue = 0
    lightring_msg.leds[0].green = 0

    # LED 1
    lightring_msg.leds[1].red = 0
    lightring_msg.leds[1].blue = 255
    lightring_msg.leds[1].green = 0

    # LED 2
    lightring_msg.leds[2].red = 0
    lightring_msg.leds[2].blue = 0
    lightring_msg.leds[2].green = 255

    # LED 3
    lightring_msg.leds[3].red = 255
    lightring_msg.leds[3].blue = 255
    lightring_msg.leds[3].green = 0

    # LED 4
    lightring_msg.leds[4].red = 255
    lightring_msg.leds[4].blue = 0
    lightring_msg.leds[4].green = 255

    # LED 5
    lightring_msg.leds[5].red = 0
    lightring_msg.leds[5].blue = 255
    lightring_msg.leds[5].green = 255

    # Publish the message
    self.lightring_publisher.publish(lightring_msg)

此函数创建一个 LightringLeds 消息并填充参数。
我们首先用当前时间标记消息：

lightring_msg.header.stamp = self.get_clock().now().to_msg()

然后我们将 override_system 参数设置为 True，以便我们的命令覆盖 Create® 3 发送到 lightring 的任何命令。

lightring_msg.override_system = True

接下来，我们用我们想要的任何颜色填充 LED 阵列中的 6 个 LED。

# LED 0
lightring_msg.leds[0].red = 255
lightring_msg.leds[0].blue = 0
lightring_msg.leds[0].green = 0

# LED 1
lightring_msg.leds[1].red = 0
lightring_msg.leds[1].blue = 255
lightring_msg.leds[1].green = 0

# LED 2
lightring_msg.leds[2].red = 0
lightring_msg.leds[2].blue = 0
lightring_msg.leds[2].green = 255

# LED 3
lightring_msg.leds[3].red = 255
lightring_msg.leds[3].blue = 255
lightring_msg.leds[3].green = 0

# LED 4
lightring_msg.leds[4].red = 255
lightring_msg.leds[4].blue = 0
lightring_msg.leds[4].green = 255

# LED 5
lightring_msg.leds[5].red = 0
lightring_msg.leds[5].blue = 255
lightring_msg.leds[5].green = 255

每个 RGB 值可以设置在 0 到 255 之间。您可以查找任何颜色的 RGB 值并在此处进行设置。
最后，我们发布消息。

self.lightring_publisher.publish(lightring_msg)

按下按钮发布 lightring 命令
现在我们可以将我们的界面按钮订阅连接到我们的 lightring 发布者。
只需在 interface_buttons_callback 中调用 button_1_function。

# Interface buttons subscription callback
def interface_buttons_callback(self, create3_buttons_msg: InterfaceButtons):
    # Button 1 is pressed
    if create3_buttons_msg.button_1.is_pressed:
        self.get_logger().info('Button 1 Pressed!')
        self.button_1_function()

通过像以前一样运行节点来测试它。
按下按钮 1，lightring 灯应如下所示：

lightring

切换灯环

您会注意到，一旦您设置了 lightrings LED，它们将永远保持这种状态。让按钮在每次按下时打开或关闭灯。
添加一个布尔值来跟踪灯光状态：

class TurtleBot4FirstNode(Node):
    lights_on_ = False

    def __init__(self):

并修改 button_1_function 来切换灯光：

# Perform a function when Button 1 is pressed
def button_1_function(self):
    # Create a ROS2 message
    lightring_msg = LightringLeds()
    # Stamp the message with the current time
    lightring_msg.header.stamp = self.get_clock().now().to_msg()

    # Lights are currently off
    if not self.lights_on_:
        # Override system lights
        lightring_msg.override_system = True

        # LED 0
        lightring_msg.leds[0].red = 255
        lightring_msg.leds[0].blue = 0
        lightring_msg.leds[0].green = 0

        # LED 1
        lightring_msg.leds[1].red = 0
        lightring_msg.leds[1].blue = 255
        lightring_msg.leds[1].green = 0

        # LED 2
        lightring_msg.leds[2].red = 0
        lightring_msg.leds[2].blue = 0
        lightring_msg.leds[2].green = 255

        # LED 3
        lightring_msg.leds[3].red = 255
        lightring_msg.leds[3].blue = 255
        lightring_msg.leds[3].green = 0

        # LED 4
        lightring_msg.leds[4].red = 255
        lightring_msg.leds[4].blue = 0
        lightring_msg.leds[4].green = 255

        # LED 5
        lightring_msg.leds[5].red = 0
        lightring_msg.leds[5].blue = 255
        lightring_msg.leds[5].green = 255
    # Lights are currently on
    else:
        # Disable system override. The system will take back control of the lightring.
        lightring_msg.override_system = False

    # Publish the message
    self.lightring_publisher.publish(lightring_msg)
    # Toggle the lights on status
    self.lights_on_ = not self.lights_on_

现在，如果我们再次按下按钮 1，Create® 3 将重新获得对光环的控制。

你的第一个 Python 节点

你已经完成了你的第一个 Python 节点的编写！最终的 .py 文件应如下所示：

from irobot_create_msgs.msg import InterfaceButtons, LightringLeds

import rclpy
from rclpy.node import Node
from rclpy.qos import qos_profile_sensor_data


class TurtleBot4FirstNode(Node):
    lights_on_ = False

    def __init__(self):
        super().__init__('turtlebot4_first_python_node')

        # Subscribe to the /interface_buttons topic
        self.interface_buttons_subscriber = self.create_subscription(
            InterfaceButtons,
            '/interface_buttons',
            self.interface_buttons_callback,
            qos_profile_sensor_data)

        # Create a publisher for the /cmd_lightring topic
        self.lightring_publisher = self.create_publisher(
            LightringLeds,
            '/cmd_lightring',
            qos_profile_sensor_data)

    # Interface buttons subscription callback
    def interface_buttons_callback(self, create3_buttons_msg: InterfaceButtons):
        # Button 1 is pressed
        if create3_buttons_msg.button_1.is_pressed:
            self.get_logger().info('Button 1 Pressed!')
            self.button_1_function()

    # Perform a function when Button 1 is pressed
    def button_1_function(self):
        # Create a ROS2 message
        lightring_msg = LightringLeds()
        # Stamp the message with the current time
        lightring_msg.header.stamp = self.get_clock().now().to_msg()

        # Lights are currently off
        if not self.lights_on_:
            # Override system lights
            lightring_msg.override_system = True

            # LED 0
            lightring_msg.leds[0].red = 255
            lightring_msg.leds[0].blue = 0
            lightring_msg.leds[0].green = 0

            # LED 1
            lightring_msg.leds[1].red = 0
            lightring_msg.leds[1].blue = 255
            lightring_msg.leds[1].green = 0

            # LED 2
            lightring_msg.leds[2].red = 0
            lightring_msg.leds[2].blue = 0
            lightring_msg.leds[2].green = 255

            # LED 3
            lightring_msg.leds[3].red = 255
            lightring_msg.leds[3].blue = 255
            lightring_msg.leds[3].green = 0

            # LED 4
            lightring_msg.leds[4].red = 255
            lightring_msg.leds[4].blue = 0
            lightring_msg.leds[4].green = 255

            # LED 5
            lightring_msg.leds[5].red = 0
            lightring_msg.leds[5].blue = 255
            lightring_msg.leds[5].green = 255
        # Lights are currently on
        else:
            # Disable system override. The system will take back control of the lightring.
            lightring_msg.override_system = False

        # Publish the message
        self.lightring_publisher.publish(lightring_msg)
        # Toggle the lights on status
        self.lights_on_ = not self.lights_on_


def main(args=None):
    rclpy.init(args=args)
    node = TurtleBot4FirstNode()
    rclpy.spin(node)
    node.destroy_node()
    rclpy.shutdown()


if __name__ == '__main__':
    main()

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