Rust机器人中间件库r2r_common使用指南

概述

r2r_common是一个为Rust语言设计的ROS2机器人中间件库，专门用于在机器人系统中实现高效通信和消息处理。它为ROS2系统提供了Rust原生支持，使开发者能够用Rust构建高性能、安全的机器人应用。

主要特性

• 提供ROS2消息、服务和动作的Rust实现
• 支持DDS通信协议
• 线程安全的API设计
• 与C++ ROS2节点无缝互操作
• 支持QoS配置

安装方法

在Cargo.toml中添加依赖：

[dependencies]
r2r = "0.7"

基本使用方法

1. 创建节点和发布者

use r2r::{Context, Node, QosProfile};
use std::time::Duration;

fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    let ctx = Context::create()?;
    let mut node = Node::create(ctx, "rust_node", "")?;
    
    let publisher = node.create_publisher::<r2r::std_msgs::msg::String>("/topic", QosProfile::default())?;
    
    let mut count = 0;
    loop {
        let msg = r2r::std_msgs::msg::String {
            data: format!("Hello, ROS2 from Rust! {}", count),
        };
        publisher.publish(&msg)?;
        count += 1;
        
        std::thread::sleep(Duration::from_millis(1000));
    }
}

2. 创建订阅者

use r2r::{Context, Node, QosProfile};

fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    let ctx = Context::create()?;
    let mut node = Node::create(ctx, "rust_subscriber", "")?;
    
    let subscription = node.subscribe::<r2r::std_msgs::msg::String>("/topic", QosProfile::default())?;
    
    loop {
        if let Ok(msg) = subscription.recv() {
            println!("Received: {}", msg.data);
        }
    }
}

3. 使用服务

服务端实现：

use r2r::{Context, Node, QosProfile};
use r2r::example_interfaces::srv::AddTwoInts;

fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    let ctx = Context::create()?;
    let mut node = Node::create(ctx, "add_two_ints_server", "")?;
    
    let service = node.create_service::<AddTwoInts::Service>("/add_two_ints", QosProfile::default())?;
    
    loop {
        if let Ok((request, response)) = service.rcv_request() {
            let sum = request.a + request.b;
            println!("Got request: {} + {} = {}", request.a, request.b, sum);
            response.send(&AddTwoInts::Response { sum })?;
        }
    }
}

客户端实现：

use r2r::{Context, Node, QosProfile};
use r2r::example_interfaces::srv::AddTwoInts;

#[tokio::main]
async fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    let ctx = Context::create()?;
    let mut node = Node::create(ctx, "add_two_ints_client", "")?;
    
    let client = node.create_client::<AddTwoInts::Service>("/add_two_ints", QosProfile::default())?;
    
    // 等待服务可用
    while !client.service_ready() {
        std::thread::sleep(std::time::Duration::from_millis(100));
    }
    
    let request = AddTwoInts::Request { a: 5, b: 7 };
    let response = client.request(&request)?.await?;
    
    println!("Response: {}", response.sum);
    Ok(())
}

完整示例代码：自定义消息类型的发布订阅系统

// 1. 首先在项目目录下创建msg/Vector3.msg文件，内容如下：
/*
float32 x
float32 y
float32 z
*/

// 2. 配置Cargo.toml
/*
[dependencies]
r2r = "0.7"

[package.metadata.r2r]
messages = ["msg/Vector3.msg"]
*/

use r2r::{Context, Node, QosProfile};
use std::time::Duration;

mod msg {
    // 自动生成的消息模块
    r2r::include!(messages());
}

fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    // 创建上下文和节点
    let ctx = Context::create()?;
    let mut node = Node::create(ctx, "custom_msg_demo", "")?;

    // 创建发布者
    let publisher = node.create_publisher::<msg::Vector3>("/position", QosProfile::default())?;
    
    // 创建订阅者
    let subscription = node.subscribe::<msg::Vector3>("/position", QosProfile::default())?;

    // 启动发布线程
    std::thread::spawn(move || {
        let mut count = 0.0;
        loop {
            let msg = msg::Vector3 {
                x: count,
                y: count * 2.0,
                z: count * 3.0,
            };
            publisher.publish(&msg).unwrap();
            count += 0.1;
            std::thread::sleep(Duration::from_millis(500));
        }
    });

    // 主线程处理订阅消息
    loop {
        if let Ok(msg) = subscription.recv() {
            println!("Received position: x={:.2}, y={:.2}, z={:.2}", 
                msg.x, msg.y, msg.z);
        }
    }
}

高级功能

自定义消息类型

1. 在msg目录下创建消息定义文件，例如MyMessage.msg：

int32 id
string name
float32[] data

1. 在Cargo.toml中配置消息生成：

[package.metadata.r2r]
messages = ["msg/MyMessage.msg"]

1. 在代码中使用自定义消息：

use my_package::msg::MyMessage;

let msg = MyMessage {
    id: 42,
    name: "test".into(),
    data: vec![1.0, 2.0, 3.0],
};

QoS配置

use r2r::QosProfile;

let custom_qos = QosProfile {
    reliability: r2r::QosReliabilityPolicy::Reliable,
    history: r2r::QosHistoryPolicy::KeepLast(10),
    durability: r2r::QosDurabilityPolicy::Volatile,
    ..Default::default()
};

let publisher = node.create_publisher::<r2r::std_msgs::msg::String>("/topic", custom_qos)?;

性能优化建议

1. 对于高频消息，使用Arc共享消息数据避免复制
2. 考虑使用零拷贝发布模式
3. 合理配置QoS策略以匹配应用需求
4. 对大消息使用分片传输

注意事项

• 确保ROS2环境已正确配置
• 节点名称在系统中必须唯一
• 注意消息类型的命名空间与ROS2中的定义一致
• 在多线程环境中使用时注意线程安全

r2r_common为Rust开发者提供了强大的ROS2集成能力，使得用Rust构建机器人系统变得更加简单高效。