這一篇想介紹如何用 Python 來讓節點發布和訂閱訊息，做到上一篇介紹的 rostopic echo 和 rostopic pub 這兩個指令相同的效果。

建立發布者（Publisher）

這裡寫了一個 turtle_pub.py 來示範發布者的程式結構。這支程式會建立一個發布者節點，發布速度 Twist 的訊息到話題 cmd_vel，讓烏龜會原地繞圈。

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
import rospy
# 訊息: geometry_msgs/Twist 表示直線速度和角速度
from geometry_msgs.msg import Twist 

def turtle_pub():
    # 建立發布者, 指定話題'/turtle1/cmd_vel'
    publisher = rospy.Publisher('/turtle1/cmd_vel', Twist, queue_size = 10)
    rate = rospy.Rate(10)
    
    # 發布訊息
    while not rospy.is_shutdown():
        # 定義訊息類型
        msg = Twist()

        # 定義訊息類容
        msg.linear.x = 2.0
        msg.angular.z = -1.8

        rospy.loginfo(msg)
        
        # 讓發布者發布訊息
        publisher.publish(msg)
        rate.sleep()

if __name__ == '__main__':
    # 節點初始化
    rospy.init_node('turtle_publisher', anonymous=True) 
    try:
        turtle_pub()
    except rospy.ROSInterruptException:
        pass

下面來解釋這段腳本的每個部份在做什麼。

匯入必要的模組

import rospy
from geometry_msgs.msg import Twist

• geometry_msgs.msg 模組的 Twist 類別：

  上一篇文章提到 geometry_msgs/Twist 是一個 ROS 內建的訊息類型，用於表示直線速度和角速度。這個訊息是定義在 geometry_msgs.msg 模組的 Twist 類別，於是在程式開頭匯入。

定義 turtle_pub() 函式

def turtle_pub():
    publisher = rospy.Publisher('/turtle1/cmd_vel', Twist, queue_size = 10)
    rate = rospy.Rate(10)
    
    while not rospy.is_shutdown():
        msg = Twist()
        
        msg.linear.x = 2.0
        msg.angular.z = -1.8

        rospy.loginfo(msg)
        
        publisher.publish(msg)
        rate.sleep()

在這段函式中包含了幾個功能：

• 建立發布者

  使用 rospy.Publisher() 建立一個發布者，指定將訊息發佈到 /turtle/cmd_vel 上，並用一個變數 publisher 儲存。

  格式：

  pub = rospy.Publisher(topic_name, msg_class, queue_size)
  

  • topic_name：指定要發布的話題名稱。

  • msg_class：指定訊息類型。

  • queue_size：設定佇列大小，當訊息被發布到一個 topic 時，如果有訂閱者暫時無法接收訊息，那麼這些訊息會被保留最近幾個並存放在一個佇列中，只能設定整數。

• 發布訊息

  在 while 迴圈內，首先利用 Twist() 建立了一個訊息變數 msg ，並且設定其直線速度 linear.x 和角速度 angular.z 的向量大小（前進和右轉），單位是 m/s 和 rad/s。定義完訊息後，再利用 publish() 方法讓 publisher 執行發布。

建立訂閱者（Subscriber）

接著再寫一個 turtle_sub.py 用來示範訂閱者的程式結構。它會建立一個訂閱者節點，訂閱話題 cmd_vel 的訊息，並且在終端機持續輸出所有該話題的訊息。

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
import rospy
# 訊息: geometry_msgs/Twist 表示直線速度和角速度
from geometry_msgs.msg import Twist

# 回呼函式
def callback(data):
    print(data.linear)
    print("------------------------------")
    print(data.angular)
    print("------------------------------")

def turtle_sub():
    # 建立訂閱者, 指定話題'/turtle1/cmd_vel'
    rospy.Subscriber('/turtle1/cmd_vel', Twist, callback)
    rospy.spin()

if __name__ == '__main__':
    # 節點初始化
    rospy.init_node('turtle_subscriber', anonymous=True)
    turtle_sub()

這段腳本最主要的部份是定義 callback() 和 turtle_sub() 這兩個函式。

定義 callback() 函式

def callback(data):
    print(data.linear)
    print("------------------------------")
    print(data.angular)
    print("------------------------------")

這是一個典型的回呼函式（Callback function），也就是在特定條件或事件發生時，才會被做為參數呼叫的函式。函式裡面定義了接收到丟進來參數後，便會輸出四行文字內容。

定義 turtle_sub() 函式

def turtle_sub():
    rospy.Subscriber('/turtle1/cmd_vel', Twist, callback)
    rospy.spin()

這段函式和前一個腳本的 turtle_pub() 概念類似：

• 建立訂閱者

  使用 rospy.Subsriber() 建立一個訂閱者，指定接收發佈到 /turtle/cmd_vel 上的訊息，因為訂閱者基本上是被動接收，不用建立一個變數儲存。

  格式：

  rospy.Subsriber(topic_name, msg_class, callback)
  

  • callback：指定收到新訊息時呼叫的回呼函式名稱（可以改名稱，但記得要和前面的回呼函式名稱一致）。當執行到這行程式碼時，ROS 便會開始監聽 /turtle/cmd_vel' 話題是否出現 Twist 類型的訊息，並在接收到的訊息時，呼叫並將該訊息傳入 callback() 函式。

  後面 rospy.spin() 這行是設定使節點保持運作直到被手動停止或意外終止。

以上兩支程式是發布者和訂閱者比較經典的程式結構，透過程式我們就能更精細地設計指令及做出更複雜的動作，比用指令會更方變得多。下一篇會繼續介紹服務代理的 Python 程式結構。