ROS1云课→07基础概念

Posted 2022-09-08 zhangrelay

ROS1云课→06节点消息流（计算图级）

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上一篇中提及的基础概念的中文详细介绍补充如下：

节点与nodelet（动态加载节点）--内部可通信的多个节点

节点都是各自独立的可执行文件，能够通过主题、服务或参数服务器与其他进程（节点）通信。ROS通过使用节点将代码和功能解耦，提高了系统容错能力和可维护性，使系统简化。

ROS有另一种类型的节点，称为nodelet。这类特殊节点可以在单个进程中运行多个节点，其中每个nodelet为一个线程（轻量级进程）。这样，可以在不使用ROS网络的情况下与其他节点通信，节点通信效率更高，并避免网络拥塞。nodelet对于摄像头和3D传感器这类数据传输量非常大的设备特别有用。

节点在系统中必须有唯一的名称。节点使用特定名称与其他节点进行通信而不产生歧义。节点可以使用不同的库进行编写，如roscpp和rospy。roscpp基于C++，而rospy基于Python。在这本书里，我们将使用roscpp。

ROS提供了处理节点的工具，如rosnode。rosnode是一个用于显示节点信息的命令行工具，例如列出当前正在运行的节点。支持的命令如下所示：

• rosnode info NODE　输出当前节点信息。
• rosnode kill NODE　结束当前运行节点进程或发送给定信号。
• rosnode list　列出当前活动节点。
• rosnode machine hostname　列出某一特定计算机上运行的节点或列出主机名称。
• rosnode ping NODE　测试节点间的连通性。
• rosnode cleanup　将无法访问节点的注册信息清除。

在接下来的课程中，将通过一些示例学习如何使用这些命令。

ROS1节点的一个强大功能是可以在启动该节点时更改参数。此功能能够改变节点名称、主题名称和参数名称。无需重新编译代码就能重新配置节点，这样就可以在不同的场景中使用该节点。

一个改变主题名称的例子如下所示：

$ rosrun xxx_tutorials tutorialX topic1:=/level1/topic1

此命令将主题名称从topic1改为/level1/topic1。相信现在还不理解，但在后面的课程中会发现它的实用性。例如遥控多个小乌龟或机器人等。

更改节点中的参数和更改主题名称很类似。只需要在参数名称前添加一个下划线(_) ，例如：

$ rosrun xxx_tutorials tutorialX _param:=9.0

这样参数（param）就设置为浮点数9.0。

注意，不能使用系统保留的关键字名称，包括：

• __name　为节点名称保留的一个特殊关键字。
• __log　为记录节点日志存储地址保留的一个关键字。
• __ip和__hostname　表示ROS_IP和ROS_HOSTNAME的关键字。
• __master　表示ROS_MASTER_URI的关键字。
• __ns　表示ROS_NAMESPACE的关键字。

主题

主题（Topics ）是节点间用来传输数据的总线。通过主题进行消息路由不需要节点之间直接连接。这就意味着发布者和订阅者之间不需要知道彼此是否存在。同一个主题也可以有很多个订阅者。一个主题可以有多个订阅者也可以有多个发布者，但是你需要注意用不同的节点发布同样的主题，否则会产生冲突。

每个主题都是强类型的，发布到主题上的消息必须与主题的ROS消息类型相匹配，并且节点只能接收类型匹配的消息。节点要想订阅主题，就必须具有相同的消息类型。

ROS的主题可以使用：

•         TCP/IP和UDP传输。基于TCP传输称为TCPROS，它使用TCP/IP长连接。这是ROS默认的传输方式。
  •         基于UDP传输称为UDPROS，它是一种低延迟高效率的传输方式，但可能产生数据丢失。所以它最适合于像远程操控的任务。

ROS1有一个rostopic工具用于主题操作。它是一个命令行工具，可获取主题的相关信息或直接在网络上发布数据。此工具的参数如下：

• rostopic bw /topic　显示主题所使用的带宽。
• rostopic echo /topic　将消息输出到屏幕。
• rostopic find message_type　按照类型查找主题。
• rostopic hz /topic　显示主题的发布频率。
• rostopic info /topic　输出活动主题、发布的主题、主题订阅者和服务的信息。
• rostopic list　输出活动主题的列表。
• rostopic pub /topic type args　将数据发布到主题。它允许我们直接从命令行中对任意主题创建和发布数据。
• rostopic type /topic　输出主题的类型，或者说主题中发布的消息类型。

在后面的课程中学习如何使用这些命令。

服务

当需要直接与节点通信并获得应答时（RPC），将无法通过主题实现，而需要使用服务。

服务需要由用户开发，节点并不提供标准服务。包含消息源代码的文件存储在srv文件夹中。

像主题一样，服务关联一个以功能包中.srv文件名称来命名的服务类型。与其他基于ROS文件系统的类型一样，服务类型是功能包名称和.srv文件名称的组合。

ROS关于服务的命令行工具有两个：rossrv和rosservice。可以通过rossrv看到有关服务数据结构的信息，并且与rosmsg具有完全一致的用法。

通过rosservice可以列出服务列表和查询某个服务。支持的命令如下所示：

• rosservice call /service args　根据命令行参数调用服务。
• rosservice find msg-type　根据服务类型查询服务。
• rosservice info /service　输出服务信息。
• rosservice list　输出活动服务清单。
• rosservice type /service　输出服务类型。
• rosservice uri /service　输出服务的ROSRPC URI。

消息

一个节点通过向特定主题发布消息，从而将数据发送到另一个节点。消息具有一定的类型和数据结构，包括ROS1提供的标准类型和用户自定义类型。

消息的类型在ROS1中按照以下标准命名方式进行约定：功能包名称/文件名称.msg。例如，std_msgs/msg/String.msg的消息类型是std_msgs/String。

ROS1使用命令行工具rosmsg来获取有关消息的信息。常用参数如下所示：

• rosmsg show　显示一条消息的字段。
• rosmsg list　列出所有消息。
• rosmsg package　列出功能包的所有消息。
• rosmsg packages　列出所有具有该消息的功能包。
• rosmsg users　搜索使用该消息类型的代码文件。
• rosmsg md5　显示一条消息的MD5求和结果。

消息记录包

消息记录包（bag）是由ROS创建的一组文件。它使用.bag格式保存消息、主题、服务和其他ROS数据信息。你可以在事件发生后，通过使用可视化工具调用和回放数据，检查在系统中到底发生了什么。你可以播放、停止、后退及执行其他操作。

记录包文件可以像实时会话一样在ROS中再现情景，在相同时间向主题发送相同的数据。通常情况下，我们可以使用此功能来调试算法。

若要使用记录包文件，我们可以使用以下ROS工具：

• rosbag　用来录制、播放和执行其他操作。
• rqt_bag　用于可视化图形环境中的数据。
• rostopic　查看节点发送的主题。

节点管理器

ROS节点管理器（ROS master）为ROS系统中其他节点提供命名和注册服务。它像服务一样跟踪主题的发布者和订阅者。节点管理器的作用是使ROS节点之间能够相互查找。一旦这些节点找到了彼此，就能建立点对点的通信。你可以看到以图例显示的ROS执行步骤，包括广播一个主题，订阅一个主题，发布一个消息，如下图所示：

节点管理器还提供了参数服务器。节点管理器通常使用roscore命令运行，它会加载ROS节点管理器及其他ROS核心组件。

参数服务器

参数服务器（Parameter Server）是可通过网络访问的共享的多变量字典。节点使用此服务器来存储和检索运行时的参数。

参数服务器使用XMLRPC实现并在ROS节点管理器下运行，这意味着它的API可以通过通用的XMLRPC库进行访问。XMLRPC是一个使用XML编码并以HTTP作为传输机制的远程调用（Remote Procedure Call，RPC）协议。

参数服务器使用XMLRPC数据类型为参数赋值，包括以下类型：

• 32位整数（32-bit integer）
• 布尔值（Boolean）
• 字符串（String）
• 双精度浮点（Double）
• ISO 8601日期（ISO8601 date）
• 列表（List）
• 基于64位编码的二进制数据（Base64-encoded binary data）

ROS中关于参数服务器的工具是rosparam。其支持的参数如下所示：

• rosparam list　列出了服务器中的所有参数。
• rosparam get parameter　获取参数值。
• rosparam set parameter value　设置参数值。
• rosparam delete parameter　删除参数。
• rosparam dump file　将参数服务器保存到一个文件。
• rosparam load file　加载参数文件到参数服务器。

 

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