如何利用Websocket实现ROS与Web的交互？

vlambda
2020-04-14

如何利用Websocket实现ROS与Web的交互？

ROS是现在应为最为广泛的机器人操作系统，为了将ROS与Web端的应用结合起来，ROS Web Tools社区开发了很多Web功能包，利用这些工具，我们能够在Web端实现对机器人的监测与控制。

工具的准备

首先介绍以下所需要的工具包：rosbridge_suite功能包，roslibjs,ros2djs，ros3djs。

● rosbridge_suite:实现Web浏览器与ROS之间的数据交互；

● roslibjs:实现了ROS中的部分功能，如Topic,Service,URDF等；

● ros2djs:提供了二维可视化的管理工具，可以用来在Web浏览器中显示二维地图；

● ros3djs:提供了三维可视化的管理工具，可以在Web端显示三维模型。

在这几个功能包中，rosbridge_suite是最重要的，它是Web和ROS沟通的桥梁，roslibjs也是必须的，它能实现ROS中最基本的功能，下面的例程就是用它来实现的，至于ros2djs和ros3djs是后期开发所需要的，对于新手来说可以暂时不用下载。它们的下载安装方法如下，在终端中分别输入以下指令：

$ sudo apt-get install ros-kinetic-rosbridge-suite$ git clone https://github.com/RobotWebTools/roslibjs.git$ git clone https://github.com/RobotWebTools/ros2djs$ git clone https://github.com/RobotWebTools/ros3dj

在使用ROS Web的时候，我们首先要运行一个launch文件，便于Web端能够连接到ROS主机上，在终端中运行：

$ roslaunch rosbridge_server rosbridge_websocket.launch

在运行了这个launch文件后，我们只需要在浏览器中打开我们设计的html文件就能够实现Web端与ROS的交互了。下面来看一个简单的example.html的例子。

例程代码及解释

<!DOCTYPE html><html><head><meta charset="utf-8" />
<script type="text/javascript" src="http://static.robotwebtools.org/EventEmitter2/current/eventemitter2.min.js"></script><script type="text/javascript" src="http://static.robotwebtools.org/roslibjs/current/roslib.min.js"></script>
<script type="text/javascript" type="text/javascript"> // Connecting to ROS var ros = new ROSLIB.Ros({ url : 'ws://localhost:9090' });
 //判断是否连接成功并输出相应的提示消息到web控制台 ros.on('connection', function() { console.log('Connected to websocket server.'); });
 ros.on('error', function(error) { console.log('Error connecting to websocket server: ', error); });
 ros.on('close', function() { console.log('Connection to websocket server closed.'); });
 // Publishing a Topic var cmdVel = new ROSLIB.Topic({ ros : ros, name : '/cmd_vel', messageType : 'geometry_msgs/Twist' });//创建一个topic,它的名字是'/cmd_vel',,消息类型是'geometry_msgs/Twist'
 var twist = new ROSLIB.Message({ linear : { x : 0.1, y : 0.2, z : 0.3 }, angular : { x : -0.1, y : -0.2, z : -0.3 } });//创建一个message
 function func()//在点击”Publish”按钮后发布消息，并对消息进行更改{ cmdVel.publish(twist);//发布twist消息 twist.linear.x = twist.linear.x + 0.1; twist.linear.y = twist.linear.y + 0.1; twist.linear.z = twist.linear.z + 0.1; twist.angular.x = twist.angular.x + 0.1; twist.angular.y = twist.angular.y + 0.1; twist.angular.z = twist.angular.z + 0.1; }
 // Subscribing to a Topic var listener = new ROSLIB.Topic({ ros : ros, name : '/chatter', messageType : 'std_msgs/String' });//创建一个topic,它的名字是'/chatter',,消息类型是'std_msgs/String'
 function subscribe()//在点击”Subscribe”按钮后订阅'/chatter'的消息，并将其显示到网页中{ listener.subscribe(function(message) { document.getElementById("output").innerHTML = ('Received message on ' + listener.name + ': ' + message.data); }); }
 function unsubscribe()//在点击”Unsubscribe”按钮后取消订阅'/chatter'的消息{ listener.unsubscribe(); }</script></head>
<body> <h1>Simple roslib Example</h1> <p>Check your Web Console for output.</p> <p id = "output"></p> <button onclick = "func()">Publish</button> <button onclick = "subscribe()">Subscribe</button> <button onclick = "unsubscribe()">Unsubscribe</button><br /></body></html>

‍

关于html文件的具体语法和内容，在此处就不做过多的介绍了，我主要说明一下几个与ROS相关的配置。

 var ros = new ROSLIB.Ros({ url : 'ws://localhost:9090' });

这个代码段的作用是创建一个ROSLIB.ros对象，用于连接rosbridge服务器，如果rosbridge服务器位于本机，url的设置中可用localhost代表IP地址，否则需要修改为rosbridge服务器对应的IP地址。

 var cmdVel = new ROSLIB.Topic({ ros : ros, name : '/cmd_vel', messageType : 'geometry_msgs/Twist' });

这个代码段的作用是创建一个ROSLIB.Topic对象，用于在这个话题上发布或者订阅消息。

具体实现过程

首先，在新终端中运行：

$roslaunch rosbridge_server rosbridge_websocket.launch

将出现以下界面：

接着，在新终端中运行：

$rosrun roscpp_tutorials talker

将出现以下界面：

这一操作的目的是为了通过talker节点发布话题‘/chatter’的消息，便于在Web端进行该话题的订阅操作。

然后在浏览器中打开example.html文件，并打开Web控制台，将出现以下界面：

在控制台中，可以看到“Connected to websocket server”的提示信息，说明Web端与ROS端成功连接了起来。

在新终端中运行：

$rostopic echo /cmd_vel

这一操作的目的是为了监控‘/cmd_vel’话题的消息。

点击几次网页中的Publish按钮，会看到此终端中出现如下的界面：

这说明Web端成功地发布了‘/cmd_vel’话题的消息。

在网页中点击Subscribe按钮，将会在网页中看到如下界面：

这说明Web端成功地订阅了talker节点发布的消息，然后点击Unsubscribe按钮，结束对于该话题的订阅操作。

我们也可以在新终端中运行rqt_graph命令，得到当前ROS系统中的计算图，类似于下图：

从该图中我们可以看出，rosbridge_websocket节点订阅了名为‘/chatter’的topic，发布了名为‘/cmd_vel’的topic。

以上就是整个example.html文件实现过程，该例程只实现了topic的订阅与发布，具体的实际应用将会涉及到更加复杂的情景，还需要我们去做更多的摸索。

拓展延伸：如何在其他移动的Web端实现与ROS的交互？

上面举的例子是ROS的master与Web端处于同一个主机的情形，那么如何使用更多移动端实现Web与ROS的交互也成了我们非常关心的问题，下面提供一种解决思路，目前该方法只能用于ios端，具体方法如下：

1.确保移动的Web端设备与ROS的master处在同一个局域网中，最简单的方法就是ROS master所在的电脑与Web的移动端连接同一个WIFI。

3.打开终端并运行roslaunch bridge_server bridge_socket.launch,再在移动的Web端打开html文件，就能够实现移动的Web端与ROS的交互。

采用上述的方法将大大地扩展了ROS Web的使用范围，这也更有利于对于机器人状态的监测和调试，当然，此方法在andriod端还存在问题，需要进一步地完善，也希望和大家多多交流。

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