一、 方案设计目标

学习socket通信、掌握C++编程、熟悉ROS通信机制，完成中央任务调度系统与ROS系统之间数据的交互。

二、 技术指标

上位机开发工具指定为Visual Studio或者Qt；
在Windows上创建客户端，ROS上创建服务器端；
开发上位机人机交互界面，最终实现Windows端“哈喽,轻舟机器人!”“Hello，AI Word!”“1024 1024 1024”等内容与ROS端互传。

三、 主要研究内容

开发上位机，选择Qt，实现效果如图3-1所示：

图3-1
关于TCP通信
该方案使用TCP通信，TCP协议全称: 传输控制协议, 顾名思义, 就是要对数据的传输进行一定的控制。TCP通信的开始过程可以简述为三次握手，其过程如下：
1, TCP服务器时刻准备接受客户端进程的连接请求, 此时服务器就进入了 LISTEN（监听）状态
2, TCP客户端进程向服务器发出连接请求报文，此时，TCP客户端进程进入了 SYN-SENT（同步已发送状态）状态。
3, TCP服务器收到请求报文后, 如果同意连接, 则发出确认报文。
4, TCP客户端进程收到确认后还, 要向服务器给出确认。
5, 此时，TCP连接建立，客户端进入ESTABLISHED（已建立连接）状态。当服务器收到客户端的确认后也进入ESTABLISHED状态，此后双方就可以开始通信了。
TCP断开连接可以概述为四次挥手：
1, 客户端进程发出连接释放报文，并且停止发送数据。此时客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。
2, 服务器收到连接释放报文，发出确认报文，此时服务端就进入了CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。
3, 客户端收到服务器的确认请求后，此时客户端就进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文（在这之前还需要接受服务器发送的最终数据）
4, 服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，此时，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。
5, 客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，当客户端撤销相应的TCB后，才进入CLOSED状态。
6, 服务器只要收到了客户端发出的确认，立即进入CLOSED状态。双方就结束通信。
使用TCP通信将ROS作为服务端，Windows作为服务端，主要代码如下：

import socket
import threading
HOST = '192.168.31.22' # 默认本地IP
PORT = 9877
class RecvThread(threading.Thread):
    def __init__(self, connection):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.isEnd = 0
        self.connection = connection
    def run(self):
        while True:
            recv_msg = self.connection.recv(1024)
            if recv_msg:
                buf = recv_msg.decode("gbk")
                print('[---Recv---]\n' + buf + '\n[---End---]')
            else:
                break
        self.isEnd = 1
        print('\n Disconnection!!!')
def main():
    global HOST
    global PORT
    HOST = socket.gethostbyname(socket.gethostname())
    print('欢迎使用江汉大学`轻舟机器人服务器端!')
    print('请输入本地IP, 回车空缺默认为:' + str(HOST))
    ip = input('in:')
    if ip:
        HOST = str(ip)
    print('请输入端口号,回车空缺默认为:'+ str(PORT))
    port = input('in:')
    if port:
        PORT = int(port)
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  
    sock.bind((HOST, PORT))
    print('本地：' + str(sock.getsockname()))
    sock.listen(5)  
    while True:
        connection, address = sock.accept()
        print('Connection success!')
        print('对方：' + str(connection.getpeername()))
        connection.send(b'welcome to server!')
        connection.send("我是轻舟机器人".encode("gbk"))
        t = RecvThread(connection)
        t.start()
        while t.isEnd == 0:
            buff = input()
            connection.send(buff.encode("gbk"))
        connection.close()
    sock.close()
if __name__ == '__main__':
    main()

实现效果图3-2如下:

图3-2
至此已完成所有技术指标。

四、 技术创新点

在Windows上连接ROS小海龟并控制，Qt效果图如图4-1所示：

图4-1
整个系统通信方式如图4-2所示：

图4-2
主要代码如下：

from posixpath import split
import rospy
from geometry_msgs.msg import Twist	# 发布的消息类型
import socket
HOST = '192.168.31.22' # 默认本地IP
PORT = 9866
if __name__ == "__main__":
	rospy.init_node("key_py")
	pub = rospy.Publisher("/tcp_cmd", Twist, queue_size=1000)
	rospy.Duration(3)
	HOST = socket.gethostbyname(socket.gethostname())
	sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  
	sock.bind((HOST, PORT))
	rospy.loginfo('本地：' + str(sock.getsockname()))
	sock.listen(5)  
	# 发布数据
	while not rospy.is_shutdown():
		connection, address = sock.accept()
		rospy.loginfo('Connection success!')
		rospy.loginfo('对方：' + str(connection.getpeername()))
		while True:
			recv_msg = connection.recv(1024)
			if recv_msg:		
				# rospy.loginfo(recv_msg.decode('gbk'))
				buff = recv_msg.decode('gbk')
				data = buff.split(',',5)
				data = list(map(float, data))
				rospy.loginfo(data)
				# 创建数据
				msg = Twist()
				msg.linear.x = data[0]
				msg.linear.y = data[1]
				msg.linear.z = data[2]
				msg.angular.x = data[3]
				msg.angular.y = data[4]
				msg.angular.z = data[5]
				pub.publish(msg)
			else:
				rospy.loginfo('\n Disconnection!!!')
				connection.close()
				break

实现效果如下图4-3、4-4所示：

图4-3

图4-4

五、 研究展望

自定义ROS机器人上位机跳读控制，控制阿克曼小车运动；
将上位机UI界面优化