Android如何控制ROS机器人？

99ANYc3cd6 机器人 2025-11-29 12

核心概念

要理解Android和ROS机器人是如何通信的,它们通常不是直接连接的，而是通过网络（Wi-Fi）进行通信，通信模式主要有两种：

（图片来源网络，侵删）

基于话题的发布/订阅模式：
- Android端：作为 发布者，发布控制命令（如geometry_msgs/Twist，用于控制线速度和角速度）。
- 机器人端：作为 订阅者，订阅这些话题，接收命令并转化为对电机的控制。
- 优点：这是ROS的标准通信方式，解耦性好，易于扩展（可以同时有多个控制端）。
基于服务的请求/响应模式：
- Android端：作为 客户端，发送一个请求（请求获取机器人当前电量）。
- 机器人端：作为 服务器，接收请求，执行操作并返回结果（返回当前电量百分比）。
- 优点：适用于需要明确请求和响应的场景，如查询状态、执行一次性任务。

使用现成的App（最快入门）

如果你只是想快速测试或演示,不想自己编写代码，可以使用一些现成的ROS控制App。

ROS Controller

一个非常流行的开源App,支持多种控制模式。

（图片来源网络，侵删）

功能：
- 摇杆控制：虚拟摇杆控制机器人前进、后退、转向。
- 键盘控制：屏幕键盘控制（WASD或方向键）。
- 滑块控制：精确控制线速度和角速度。
- 按钮控制：执行预设动作（如启动、停止）。
- 话题/服务列表：可以查看和连接到机器人上的不同话题和服务。
- TF树显示：可视化机器人的TF关系。
- 传感器数据显示：显示摄像头图像、激光雷达数据等。
使用步骤：
1. 确保手机和机器人在同一Wi-Fi网络下。
2. 在机器人端：启动ROS核心，并运行一个简单的键盘或摇杆控制节点（teleop_twist_keyboard）来测试网络是否通畅。
3. 在Android手机上：下载并安装 "ROS Controller" App。
4. 打开App，在设置中输入机器人的 IP地址 和 ROS Master URI（通常是http://<机器人IP>:11311）。
5. 连接：App会自动发现机器人上的话题和服务，选择你想控制的话题（如/cmd_vel）即可开始。

使用ROSBridge（最主流、最灵活的方案）

这是目前最推荐、最灵活的方案，它通过一个名为 ROSBridge 的服务器，将ROS的通信协议（如rostopic）转换为标准的 WebSocket 协议，这样任何支持WebSocket的客户端（包括Android App、网页浏览器）都可以轻松地与ROS通信。

工作流程：

[Android App] <--(WebSocket协议)--> [ROSBridge Server] <--(ROS Topic/Service)--> [ROS Core] <--(ROS Topic/Service)--> [Robot Nodes]

实施步骤：

第一步：在机器人端设置ROSBridge

安装ROSBridge Suite：在你的机器人PC上（通常是Ubuntu系统），运行以下命令安装：
（图片来源网络，侵删）
```
sudo apt-get install ros-<your-ros-distro>-rosbridge-server
```
将 <your-ros-distro> 替换为你的ROS版本，如noetic、melodic等。
启动ROSBridge Server：最简单的方式是直接运行：
```
roslaunch rosbridge_server rosbridge_websocket.launch
```
这个命令会启动一个WebSocket服务器,默认监听端口 9090。
测试连接：在同一网络下的电脑浏览器中，打开 http://<机器人IP>:9090/，如果看到 {"op": "pong"} 或类似信息，说明服务器运行正常。

第二步：在Android端实现App

你可以选择使用现成的库,也可以自己开发。

A. 使用现成的Android库

rosjava-android：这是官方的ROS Java库，功能强大，但配置和使用相对复杂，适合开发复杂的原生应用。
Android WebSocket Client + JSON：更简单的方式是使用任何标准的Android WebSocket库（如OkHttp），然后手动构造和解析ROSBridge的JSON消息。

B. 手动实现一个简单的控制App（推荐入门）

这里我们使用 OkHttp 库来实现一个发布/cmd_vel消息的App。

添加依赖：在你的 app/build.gradle 文件中添加：

dependencies {
    implementation 'com.squareup.okhttp3:okhttp:4.9.3'
}

添加网络权限：在 app/AndroidManifest.xml 中添加：

<uses-permission android:name="android.permission.INTERNET" />
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_NETWORK_STATE" />

编写代码：

布局文件 (activity_main.xml): 添加一个摇杆控件，你可以使用现成的库如 Nubuy 或自己实现一个简单的。
Java/Kotlin代码 (MainActivity.kt):

import android.os.Bundle
import android.widget.Button
import android.widget.Toast
import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity
import okhttp3.*
import org.json.JSONObject
import java.io.IOException
class MainActivity : AppCompatActivity() {
    private val client = OkHttpClient()
    private val robotIp = "192.168.1.100" // 替换为你的机器人IP
    private val rosbridgePort = "9090"
    // 摇杆的回调接口
    private val joystickListener = object : JoystickView.JoystickListener {
        override fun onMove(angle: Float, strength: Float) {
            // 将摇杆数据转换为 Twist 消息
            val linearVel = strength * Math.cos(Math.toRadians(angle.toDouble())) * 2.0 // 最大线速度2.0
            val angularVel = strength * Math.sin(Math.toRadians(angle.toDouble())) * 2.0 // 最大角速度2.0
            // 构建ROSBridge JSON消息
            val json = JSONObject().apply {
                put("op", "publish")
                put("topic", "/cmd_vel")
                put("msg", JSONObject().apply {
                    put("linear", JSONObject().apply {
                        put("x", linearVel)
                        put("y", 0.0)
                        put("z", 0.0)
                    })
                    put("angular", JSONObject().apply {
                        put("x", 0.0)
                        put("y", 0.0)
                        put("z", angularVel)
                    })
                })
            }
            // 发送消息
            sendRosMessage(json.toString())
        }
        override fun onTap() {
            // 发送停止命令
            val stopJson = JSONObject().apply {
                put("op", "publish")
                put("topic", "/cmd_vel")
                put("msg", JSONObject().apply {
                    put("linear", JSONObject().apply {
                        put("x", 0.0)
                    })
                    put("angular", JSONObject().apply {
                        put("z", 0.0)
                    })
                })
            }
            sendRosMessage(stopJson.toString())
        }
    }
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_main)
        val joystick = findViewById<JoystickView>(R.id.joystick_view)
        joystick.setListener(joystickListener)
    }
    private fun sendRosMessage(message: String) {
        val url = "ws://$robotIp:$rosbridgePort/"
        val request = Request.Builder().url(url).build()
        val webSocket = client.newWebSocket(request, object : WebSocketListener() {
            override fun onOpen(webSocket: WebSocket, response: Response) {
                // 连接成功
                runOnUiThread {
                    Toast.makeText(this@MainActivity, "Connected to ROSBridge", Toast.LENGTH_SHORT).show()
                }
            }
            override fun onMessage(webSocket: WebSocket, text: String) {
                // 收到服务器消息，可以用来订阅传感器数据
                runOnUiThread {
                    // 显示接收到的消息
                    // tv_status.text = text
                }
            }
            override fun onClosing(webSocket: WebSocket, code: Int, reason: String) {
                webSocket.close(1000, null)
                runOnUiThread {
                    Toast.makeText(this@MainActivity, "Connection Closing", Toast.LENGTH_SHORT).show()
                }
            }
            override fun onFailure(webSocket: WebSocket

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