🔥 자율주행을 위한 ROS 입문(2) : Publisher 와 Subscriber

노드들간 메시지를 주고받는것이 ROS 다. 그리고 어떻게 주고 받는지에 대해 이전 챕터에서 발행자( Publisher ) 와 수신자 ( Subscriber ) 라는것을 언급하여 알고있다.

1. Publisher

publisher 는 말 그대로 발행하는 역할을 한다. 이때 알고 있어야 할 점은 Publisher 가 발행하는 메시지는 수신자가 없다는 것이다. 그렇다면 Publisher 혼자 있다면 아무도 듣고있지 않지만 혼자 떠들고 있는 그림이 그려지는것이다.

2. Subscriber

Publisher 의 메시지를 들어주는것이 바로 Subscriber 이다. Subscriber 는 같은 ROS 네트워크 상에 존재하는 특정 *토픽 명을 가진 메시지가 발행되는것을 보고 있고 Subscriber 가 주시하고 있는 메시지가 발행된 경우에 이벤트 핸들러를 통해 메시지를 수신한다 .

어떻게 만드는지 확인해보자.

3. Make Publisher and Subscriber

💻 OS : Ubuntu 18.04LTS ROS : Melodic

atkin_ws
├── build
├── devel
└── src
    └── CMakeLists.txt

workspace 는 위와 같다.

$ cd ~/catkin_ws/src/
$ roscreate-pkg pns_test
$ cd ../
$ catkin_make

Workspace/src 안에 pns_test 라는 패키지를 생성합니다.

3-1. Publisher

간단한 Publisher 를 만들어 볼 수 있다. Publisher 클래스는 rospy 에 이미 정의되어있다.

from rospy import Publisher, Rate, init_node

Rate 클래스는 노드의 실행 주기를 조절하기 위한 클래스이고, init_node 함수는 rospy 에서 노드를 정의하는 방법이다.

if __name__ == '__main__':
    init_node("publisher_test")

    publisher = Publisher()

💻 Publisher 객체는

생성자로 다음과 같은 파라미터를 사용한다. name : publisher 가 발행하는 topic 의 이름으로, ROS 네트워크 상에서 존재하는 유니크한 값이다. data_class : data_class 는 Publisher 가 발행하는 메시지의 type 이다. subscriber_listener : tcp_nodelay : latch : headers : queue_size : queue 의 사이즈

 

우리는 지금 당장은 우선 std_msg 를 사용하자.

from std_msgs.msg import Int64
publsher = Publisher(name = "simple_pub", data_class=Int64, queue_size =1 )

이걸로 publisher_test 를 가진 노드와 그 노드에서 발행하는 64bit Int 와 queue size 1 을 가지는 simple_pub topic 을 publisher 를 작성한것이다.

해당 노드가 계속 해서 메시지를 발행할 수 있도록 코드를 작성해줘야 한다.

import rospy

rospy.spin() ## 무한루프라는 뜻.

$ roscore && rosrun pns_test app.py

## rosrun <pkg_name> <node_name>

Roscoe 는 ROS Master Node 로 한번에 모든 노드를 관리하는 관리자 Node 를 실행시키는 명령어임.

노드를 확인하기 위해 
rqt_graph
를 명령어를 입력하면 노드와 토픽간의 연결관계를 시각화해서 보여준다.

또한 rostopic 명령어를 입력하여 ROS 네트워크상에 존재하는 모든 메시지 토픽을 확인할수있음.

$ rostopic list -v

Published topics:
 * /rosout [rosgraph_msgs/Log] 1 publisher
 * /simple_pub [std_msgs/Int64] 1 publisher
 * /rosout_agg [rosgraph_msgs/Log] 1 publisher

Subscribed topics:
 * /rosout [rosgraph_msgs/Log] 1 subscriber

성공적으로, std_msgs.msg.Int64 타입으로, simple_pub이라는 토픽명의 Publisher가 등록된 것을 확인할 수 있습니다.

다음으로, 정의한 Publisher를 이용하여, 실제로 메세지를 발행해봅시다. 메세지는 Publisher 객체의 publish 함수를 이용하여 발행할 수 있습니다.

random 함수를 이용하여, 0부터 255까지의 랜덤한 값을 1초 주기로 발행하는 코드를 작성하면, 아래와 같습니다.

#!/usr/bin/python

import rospy
from random import randint
from std_msgs.msg import Int64

if __name__ == '__main__':
    rospy.init_node("publisher_test")

    publisher = rospy.Publisher(
        name="simple_pub", data_class=Int64, queue_size=1)

    r = rospy.Rate(1)
    while not rospy.is_shutdown():

        msg = Int64()
        msg.data = randint(0, 255)

        rospy.loginfo(msg)

        publisher.publish(msg)

        r.sleep()

위와 같은 노드의 실행 결과는 아래와 같습니다.

$ rosrun pns_test app.py
[INFO] [1651948710.958126]: data: 186
[INFO] [1651948711.959265]: data: 174
[INFO] [1651948712.959405]: data: 8
[INFO] [1651948713.959293]: data: 106
[INFO] [1651948714.959313]: data: 56
[INFO] [1651948715.959301]: data: 188
[INFO] [1651948716.959352]: data: 167
[INFO] [1651948717.959304]: data: 27
[INFO] [1651948718.959255]: data: 139
[INFO] [1651948719.959348]: data: 11
[INFO] [1651948720.959383]: data: 46
[INFO] [1651948721.959318]: data: 71
[INFO] [1651948722.959257]: data: 87
...

그리고 해당 결과를 rostopic을 이용하여 확인해본 결과는 아래와 같습니다.

$ rostopic echo /simple_pub
data: 174
---
data: 8
---
data: 106
---
data: 56
---
data: 188
---
data: 167
---
data: 27
---
data: 139
---
data: 11
---
data: 46
---
data: 71
---
data: 87
---
...

정상적으로 정수형 데이터를 발행하는 Publisher가 작성되었음을 확인할 수 있습니다. 여기까지의 결과를 rqt로 확인해보면, 아래와 같습니다.

 

publisher_test라는 노드에서, simple_pub이라는 토픽이 발행되어, rostopic_... 라는 노드에서 이를 구독하고 있음을 확인할 수 있습니다. 여기서 rostopic_... 노드는 rostopic echo입니다.

3-1. Subscriber

위와 같은 방법으로 메세지를 발행하는 것에 성공하였고, 다음으로 어떻게 하면 발행된 메세지를 구독할 수 있는지 알아봅니다.

우선, 기존에 작성한 파일의 이름을 pub.py로 변경하고, 새로 sub.py 파일을 작성해줍니다.

/home/***/catkin_ws/src/pns_test/
├── CMakeLists.txt
├── Makefile
├── mainpage.dox
├── manifest.xml
└── src
    ├── pub.py
    └── sub.py

sub.py 파일에는 pub.py과 같은 뼈대를 공유하도록 코드를 작성해줍니다.

#!/usr/bin/python

import rospy
from std_msgs.msg import Int64

if __name__ == '__main__':
    rospy.init_node("sublisher_test")

    r = rospy.Rate(1)
    while not rospy.is_shutdown():
        r.sleep()

이후, 메인 함수에 Subscriber 객체를 선언해줍니다.

subscriber = rospy.Subscriber()

Subscriber 클래스는 생성자로 아래와 같은 파라미터를 받습니다.

name, data_class, callback, callback_args, queue_size, buff_size, tcp_nodelay

Publisher와 유사하게, name은 구독할 토픽명, data_class는 해당 토픽의 데이터 타입입니다.

그리고, Publisher와 가장 큰 차이점을 보이는 부분은 바로 callback입니다. callback 변수는, 토픽이 발행되는 이벤트가 발생하였을 때, 작동할 이벤트 리스너 함수를 콜백 함수의 형태로 요구합니다. 콜백 함수의 기본 argument는 구독한 메세지 객체입니다.

data = None

def callbackFunction(msg):
    global data
    data = msg

    rospy.loginfo(data)

Subscriber 객체를 아래와 같이 수정하고 실행시킨 결과는 다음과 같습니다.

subscriber = rospy.Subscriber(
        name="simple_pub", data_class=Int64, callback=callbackFunction)

$ roscore && rosrun pns_test pub.py && rosrun pns_test sub.py

[INFO] [1651949917.660658]: data: 7
[INFO] [1651949918.663203]: data: 27
[INFO] [1651949919.663436]: data: 68
[INFO] [1651949920.658246]: data: 30
[INFO] [1651949921.658043]: data: 172
[INFO] [1651949922.658009]: data: 193
[INFO] [1651949923.658300]: data: 166
...

성공적으로 Subscriber가 동작함을 확인할 수 있습니다. 위와 같은 방법으로, 원하는 callback 함수를 정의하여 데이터 후처리 등을 진행할 수 있습니다.

4. 끝.

위와 같은 과정을 통하여, python을 이용하여, 기본적인 구조의 Publisher와 Subscriber을 정의, 메세지를 발행하고, 구독하는 방법에 대하여 알아보았습니다.

ROS를 이용한 로봇 프로그래밍이라 하는 것은, 결국 이런 메세지를 발행하고 구독하는 노드를 최소 단위별로 나눠서 하나의 거대한 프로그램을 이루도록 작성하는 것입니다.

 

[발췌]

https://h17.notion.site/ROS-2-Publisher-Subscriber-b99a13eb14d34dea8f25b604f541d540

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