ROS nodelet的使用

Posted 2020-10-20

　　ROS是一种基于分布式网络通讯的操作系统，整个机器人控制系统是由一个Master主节点和若干个功能相对独立的Node子节点组成，这也是ROS系统最主要的特点就是分布式以及模块化的设计。在ROS通讯过程中Master节点存储着各个子节点的topics和services的注册信息，每个功能节点在请求服务之前先向主节点进行注册，然后节点之间就可以直接进行信息传递。ROS的底层通信都是基于XML-RPC协议实现的。    

　　XML-RPC协议是XML Remote Prodecure Call的简称，是一种远程过程调用的分布式网络协议。它允许跨平台的软件间通过发送和接收XML格式的消息进行远程调用，即允许不同的操作系统、不同环境中的程序实现基于Internet过程调用的规范和一系列方法的实现。这种远程过程调用使用http作为传输协议，XML作为传送信息的编码格式。

　　XML-RPC的远程调用过程为：首先客户端发起请求后需要按照协议格式对请求信息进行填充；填充完毕以后XML格式的信息会被转化为数据流，通过传输层进行传输。服务端收到客户端发出来的数据流，会将其再转化为XML格式的信息，然后按照XML-RPC协议获取客户端的请求信息，并对请求信息进行处理，处理完毕以后将反馈信息发送给客户端。

　　以XML-RPC的方式传输数据存在一定的延时和阻塞。在数据量小、频率低的情况下，传输耗费的时间可以忽略不计。但当传输图像流，点云等数据量较大的消息，或者执行有一定的实时性要求的任务时，因传输而耗费的时间就不得不考虑。Nodelet包就是为改善这一状况设计的，它提供一种方法，可以让多个算法程序在一个进程中用 shared_ptr 实现零拷贝通信（zero copy transport），以降低因为传输大数据而损耗的时间。简单讲就是可以将多个node捆绑在一起管理，使得同一个manager里面的topic的数据传输更快。    

 

 运行nodelet 

 　nodelet用法：

nodelet manager               - Launch a nodelet manager node.  启动一个manager
nodelet load pkg/Type manager - Launch a nodelet of type pkg/Type on manager manager. 向manager中加载nodelet
nodelet standalone pkg/Type   - Launch a nodelet of type pkg/Type in a standalone node. 
nodelet unload name manager   - Unload a nodelet a nodelet by name from manager. 从manager中移除nodelet

 

　　下面看一个简单的nodelet例子，程序会将内部变量value加上输入in的值，然后再发布到out话题上。首先在终端中运行roscore打开ROS master节点，然后输入下面指令开启一个名字为nodelet_manager的manager节点（A nodelet will be run inside a NodeletManager）

rosrun nodelet nodelet manager __name:=nodelet_manager

　　注意rosrun命令中可以显式设置节点的名称，语法为：rosrun package-name executable-name __name:=node-name  这种方法将使用node-name参数给出的名称覆盖节点的默认名。

　　然后向创建的nodelet_manager中加载pkg/Type为nodelet_tutorial_math/Plus的nodelet节点，并将其重命名为nodelet1，nodelet1/in话题重映射为foo，value值设为1.1

rosrun nodelet nodelet load nodelet_tutorial_math/Plus nodelet_manager __name:=nodelet1 nodelet1/in:=foo _value:=1.1

　　输入rostopic list命令查看topic：

　　输入rosnode list查看当前运行的节点：

　　下面我们在foo话题上发布消息，相当于给in赋值5.0

rostopic pub /foo std_msgs/Float64 5.0 -r 10

　　使用rostopic echo查看out的结果：

rostopic echo /nodelet1/out

　　可以看出结果为6.1（5.0+1.1=6.1）：

　　输入rqt_graph命令，可以在GUI界面中直观地查看节点间的交互方式 ：

rqt_graph 

 

　　也可以在roslaunch文件中使用nodelet. 下面的例子中先创建一个名为standalone_nodelet的manager，然后向其中加载Plus和Plus2这两个nodelet节点：

<launch>
    <node pkg="nodelet" type="nodelet" name="standalone_nodelet"  args="manager" output="screen"/>

    <node pkg="nodelet" type="nodelet" name="Plus" args="load nodelet_tutorial_math/Plus standalone_nodelet" output="screen">
        <remap from="/Plus/out" to="Plus2/in"/>
    </node>          

    <rosparam param="Plus2" file="$(find nodelet_tutorial_math)/plus_default.yaml"/>
    <node pkg="nodelet" type="nodelet" name="Plus2" args="load nodelet_tutorial_math/Plus standalone_nodelet" output="screen">
        <rosparam file="$(find nodelet_tutorial_math)/plus_default.yaml"/>
    </node>

    <node pkg="nodelet" type="nodelet" name="Plus3" args="standalone nodelet_tutorial_math/Plus" output="screen">
        <param name="value" type="double" value="2.5"/>
        <remap from="Plus3/in" to="Plus2/out"/>
    </node>
</launch>

　　launch文件中使用remap标签将Plus的输出重映射到Plus2的输入，并将Plus2的输出重映射到Plus3的输入上，可以实现叠加功能。

　　plus_default.yaml中的内容如下，即Plus2节点中的value值为10：

value: 10

　　下面运行plus.launch文件：

roslaunch nodelet_tutorial_math plus.launch

　　然后在Plus的输入端发布数据：

rostopic pub -r 10 /Plus/in std_msgs/Float64 1.0 

　　查看Plus2的输出（1+10=11）：

　　查看Plus3的输出（11+2.5=13.5）：

 　　使用rqt_graph命令查看节点：

 

 

 编写nodelet 

 　　编写一个nodelet（nodelet基于pluginlib插件机制）的步骤如下：

• add the necessary #includes
• get rid of int main()
• subclass nodelet::Nodelet （基类nodelet::Nodelet，任何nodelet继承自它可以使用plugin的方式动态加载）
• move code from constructor to onInit() （实现onInit纯虚函数，用于初始化）
• add the PLUGINLIB_EXPORT_CLASS macro （加入宏，将子类声明为插件类，并编译为动态库）

• add <build_depend> and <run_depend> dependencies on nodelet in the package manifest.

• add the <nodelet> item in the <export> part of the package manifest

• create the .xml file to define the nodelet as a plugin
• make the necessary changes to CMakeLists.txt

 

　　plus.cpp代码功能就是两个数相加：

#include <pluginlib/class_list_macros.h>
#include <nodelet/nodelet.h>
#include <ros/ros.h>
#include <std_msgs/Float64.h>
#include <stdio.h>

#include <math.h> //fabs

namespace nodelet_tutorial_math  // The usage of the namespace is a good practice but not mandatory
{

class Plus : public nodelet::Nodelet
{
public:
  Plus(): value_(0)
  {}

private:
  virtual void onInit() //当nodelet插件类被nodelet_manager加载时，nodelet插件类的onInit方法就会被调用，用于初始化插件类
  {
    ros::NodeHandle& private_nh = getPrivateNodeHandle();
    private_nh.getParam("value", value_);
    pub = private_nh.advertise<std_msgs::Float64>("out", 10);
    sub = private_nh.subscribe("in", 10, &Plus::callback, this);
  }

  void callback(const std_msgs::Float64::ConstPtr& input)
  {
    std_msgs::Float64Ptr output(new std_msgs::Float64());
    output->data = input->data + value_;
    NODELET_DEBUG("Adding %f to get %f", value_, output->data);
    pub.publish(output);
  }

  ros::Publisher pub;
  ros::Subscriber sub;
  double value_;
};

PLUGINLIB_DECLARE_CLASS(nodelet_tutorial_math, Plus, nodelet_tutorial_math::Plus, nodelet::Nodelet);
}

　　注意为了允许类被动态加载，它必须被标记为导出类。这通过特殊宏PLUGINLIB_EXPORT_CLASS/PLUGINLIB_DECLARE_CLASS来完成，通常放在导出类的.cpp文件的末尾。 宏的参数分别为：pkg, class_name, class_type, base_class_type. 

 

　　为了让pluginlib查询ROS系统上的所有可用插件，每个包必须显式指定它导出的插件。相应的package.xml中要加入下面内容：

...
<build_depend>nodelet</build_depend>
<run_depend>nodelet</run_depend>

<export>
  <nodelet plugin="${prefix}/nodelet_math.xml" />
</export>
...

 

　　插件描述文件是一个XML文件，用于存储有关插件的所有重要信息。 它包含有关插件所在的库的信息，插件的名称，插件的类型等 。nodelet_math.xml如下：

<library path="lib/libnodelet_math">
  <class name="nodelet_tutorial_math/Plus" type="nodelet_tutorial_math::Plus" base_class_type="nodelet::Nodelet">
    <description> 
      A node to add a value and republish.
    </description>
  </class>
</library>

 

 

参考： 

nodelet

ROS中nodelet的使用

ROS nodelet 使用详解

ROS与C++入门教程-nodelet-介绍

nodelet的使用方法以及传输时间测试

ROS nodelet-----编写一个nodelet插件