ROS系列：第四章（二）

四、ROS运行管理

本章主要为解决多级层深的ROS系统中，关联不同功能包，启动繁多ROS节点，功能包、节点、话题、参数重名以及不同主机之上的节点之间的通信问题；

• 掌握元功能包使用语法；
• 掌握launch文件的使用语法；
• 理解什么是ROS工作空间覆盖，以及存在什么安全隐患；
• 掌握节点名称重名时的处理方式；
• 掌握话题名称重名时的处理方式；
• 掌握参数名称重名时的处理方式；
• 能够实现ROS分布式通信。

1.ROS元功能包

元功能包（metapackage）是Linux的一个文件管理系统的概念。是ROS中的一个虚包，里面没有实质性的内容，但是它依赖了其他的软件包，通过这种方法可以把其他包组合起来 。

作用：

元功能包依赖于ROS中的其他一些功能包，安装该包时会一并安装其他依赖；

实现流程:

1. 右键src选择Create Catkin Package;
2. 输入功能包名字 plumbing_my，添加功能包依赖处无所依赖的功能包，直接回车后在package.xml中添加依赖包：

<exec_depend>plumbing_pub_sub</exec_depend>
<exec_depend>plumbing_server_client</exec_depend>
<exec_depend>plumbing_param_server</exec_depend>

​ 添加元功能包请求：

<export>
 <!-- Other tools can request additional information be placed here -->
 <metapackage/>
</export>

3. 修改 CMakeLists.txt,内容如下:

   cmake_minimum_required(VERSION 3.0.2)
   project(demo)
   find_package(catkin REQUIRED)
   catkin_metapackage()
   

   注意：该 CMakeLists.txt 中最后一行不可以有换行，保证只有四行代码 ，其中第二行是功能包的名字。

   编译运行即可；

2.ROS节点运行管理launch文件

launch 文件是一个 XML 格式的文件，可以启动本地和远程的多个节点，还可以在参数服务器中设置参数；
作用：

简化节点的配置与启动，提高ROS程序的启动效率

使用：
以小乌龟为例：

1. 新建launch文件
   在功能包下添加 launch目录, 目录下新建 xxxx.launch 文件，编辑 launch 文件：

<launch>
    <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node"     name="myTurtle" output="screen" />
    <node pkg="turtlesim" type="turtle_teleop_key"  name="myTurtleContro" output="screen" />
</launch>

2. 调用launch文件

roslaunch 包名 xxx.launch

**注意:**roslaunch 命令执行launch文件时，会自动判断是否存在roscore，如果没有则调用 roscore；ctrl+shift+~快速启动终端

2.1 launch文件—launch标签

标签是所有 launch 文件根标签，充当其他标签的容器

属性：

deprecated = “弃用声明”

作用：

告知用户当前 launch 文件已经弃用 ,不会运行

子集标签：

所有其它标签都是launch的子级

代码示例：

<launch deprecated = "当前版本已经过时，请停止使用！">
    <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node"     name="myTurtle" output="screen" />
    <node pkg="turtlesim" type="turtle_teleop_key"  name="myTurtleContro" output="screen" />
</launch>

2.2 launch文件—node标签

标签用于指定 ROS 节点，是最常见的标签，需要注意的是: roslaunch 命令不能保证按照 node 的声明顺序来启动节点(节点的启动是多进程的)

属性：

属性	功能
pkg=“包名”	节点所属的包
type=“nodeType”	节点类型(与之相同名称的可执行文件)
name=“nodeName”	节点名称(在 ROS 网络拓扑中节点的名称)
args=“xxx xxx xxx” (可选)	将参数传递给节点
machine=“机器名”	在指定机器上启动节点
respawn=“true|false” (可选)	如果节点退出，是否自动重启
respawn_delay=" N" (可选)	如果 respawn 为 true, 那么延迟 N 秒后启动节点
required=“true|false” (可选)	该节点是否必须，如果为 true,那么如果该节点退出，将杀死整个 roslaunch
ns=“xxx” (可选)	在指定命名空间 xxx 中启动节点
clear_params=“true|false” (可选)	在启动前，删除节点的私有空间的所有参数
output=“log|screen” (可选)	日志发送目标，可以设置为 log 日志文件，或 screen 屏幕,默认是 log

子集标签：

• env 环境变量设置
• remap 重映射节点名称
• rosparam 参数设置
• param 参数设置

代码示例：

<?xml version="1.0"?>
<launch>
<!-- <launch deprecated="此文件已经过时，不建议使用！"> -->

    <!-- 启动的节点 -->
    <!-- respawn="true" 节点关闭后自动重启 -->
    <!-- respawn_delay="10" 在respawn设置为true后可以通过delay延时自动启动节点  -->
    <!-- required="true"  节点退出后关闭整个roslaunch -->
    <!-- 当上述三个在一行时，可能会出现错误提示The traceback for the exception was written to the log file -->
    <!-- ns="hello"可以在指定命名空间启动节点  避免重名问题 -->
    <node name="my_turtlesim" pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" output="screen" />

    <!-- 键盘控制节点 -->
    <node name="my_key" pkg="turtlesim" type="turtle_teleop_key" output="screen"/>


</launch>

2.3launch文件—include标签

属性：

• file=“$(find 包名)/xxx/xxx.launch”

  要包含的文件路径

• ns=“xxx” (可选)

  在指定命名空间导入文件

作用：

用于将其他xml 格式的 launch 文件导入到当前文件

子集标签：

• env 环境变量设置
• arg 将参数传递给被包含的文件

代码示例：

<launch>
    <!-- 包含文件路径   $(find 功能包名)/xxx/yyy.launch   -->
    <include file="$(find launch01_basic)/launch/start_turtle.launch"/>
</launch>

2.4launch文件—remap标签

属性：

• file=“$(find 包名)/xxx/xxx.launch”

  要包含的文件路径

• ns=“xxx” (可选)

  在指定命名空间导入文件

作用：

用于话题重新命名

子集标签：

• 无

代码示例：

<?xml version="1.0"?>
<launch>
<!-- <launch deprecated="此文件已经过时，不建议使用！"> -->

    <!-- 启动的节点 -->
    <!-- respawn="true" 节点关闭后自动重启 -->
    <!-- respawn_delay="10" 在respawn设置为true后可以通过delay延时自动启动节点  -->
    <!-- required="true"  节点退出后关闭整个roslaunch -->
    <!-- 当上述三个在一起时，会出现错误提示The traceback for the exception was written to the log file -->
    <!-- ns="hello"可以在指定命名空间启动节点  避免重名问题 -->
    <node name="my_turtlesim" pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" output="screen" >
        <remap from="/turtle1/cmd_vel" to="/cmd_vel"/>
    </node>
    <!-- 键盘控制节点 -->
    <node name="my_key" pkg="turtlesim" type="turtle_teleop_key" output="screen"/>   
</launch>

代码实现功能：

ros自带键盘控制节点发送话题名称为/cmd_vel，而乌龟gui订阅的是/turtle1/cmd_vel，因为话题名称不一致，所以并不能直接用键盘控制节点控制乌龟gui，因此需要将生成乌龟gui的节点node标签重新定义一下话题名称即将/turtle1/cmd_vel改为/cmd_vel"；可以使用rostopic list查看当前话题通讯列表。

使用rqt_graph可以更清晰获取当前话题通讯情况

2.5launch文件—param标签

属性：

• name=“命名空间/参数名”

  参数名称，可以包含命名空间

• value=“xxx” (可选)

  定义参数值，如果此处省略，必须指定外部文件作为参数源

• type=“str | int | double | bool | yaml” (可选)

  指定参数类型，如果未指定，roslaunch 会尝试确定参数类型，规则如下:

  • 如果包含 ‘.’ 的数字解析未浮点型，否则为整型
  • “true” 和 “false” 是 bool 值(不区分大小写)
  • 其他是字符串

作用：

应用于在参数服务器上设置参数，参数源可以在标签中用value定义，也可也使用外部文件加载，在node标签中时，相当于私有命名空间

子集标签：

• 无

代码示例：

<?xml version="1.0"?>
<launch>
<!-- <launch deprecated="此文件已经过时，不建议使用！"> -->

    <!-- 启动的节点 -->
    <!-- respawn="true" 节点关闭后自动重启 -->
    <!-- respawn_delay="10" 在respawn设置为true后可以通过delay延时自动启动节点  -->
    <!-- required="true"  节点退出后关闭整个roslaunch -->
    <!-- 当上述三个在一起时，会出现错误提示The traceback for the exception was written to the log file -->
    <!-- ns="hello"可以在指定命名空间启动节点  避免重名问题 -->
    <!-- param标签 使用：向参数服务器设置参数 -->
    <!-- param标签格式1 会在参数前私有命名，node节点名称 -->
    <param name="param_A"  type="int" value="100"/>
    <node name="my_turtlesim" pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" output="screen" >
        <remap from="/turtle1/cmd_vel" to="/cmd_vel"/>
        <!-- param标签格式2 launch目录下，node标签外 -->
        <param name="param_B" type="double" value="3.14"/>
    </node>
    <!-- 键盘控制节点 -->
    <node name="my_key" pkg="turtlesim" type="turtle_teleop_key" output="screen"/>   
</launch>

代码实现功能：

在param参数中设置参数，可以在rosparam list查看，通过rosparam get /xxx获取参数

2.6launch文件—rosparam标签

属性：

• command=“load | dump | delete” (可选，默认 load)

  加载、导出或删除参数

• file=“$(find xxxxx)/xxx/yyy…”

  加载或导出到的 yaml 文件

• param=“参数名称”

• ns=“命名空间” (可选)

作用：

从yaml文件导入参数，或者将参数导出倒yaml文件，也可也用于删除参数，如果在node标签下定义，则会被视为私有

子集标签：

• 无

代码示例：

start_turtle.launch

<?xml version="1.0"?>
<launch>
    <!-- <launch deprecated="此文件已经过时，不建议使用！"> -->

    <!-- 启动的节点 -->
    <!-- respawn="true" 节点关闭后自动重启 -->
    <!-- respawn_delay="10" 在respawn设置为true后可以通过delay延时自动启动节点  -->
    <!-- required="true"  节点退出后关闭整个roslaunch -->
    <!-- 当上述三个在一起时，会出现错误提示The traceback for the exception was written to the log file -->
    <!-- ns="hello"可以在指定命名空间启动节点  避免重名问题 -->
    <!-- param标签 使用：向参数服务器设置参数 -->
    <!-- param标签格式1 launch目录下，node标签外 -->
    <param name="param_A" type="int" value="100"/>
    <!-- rosparam 使用：操作参数服务器数据 -->
    <!-- rosparam格式1： launch 下，node 外 -->
    <!-- 加载参数 -->
    <rosparam command="load" file="$(find launch01_basic)/launch/params.yaml"/>

    <!-- 导出参数 -->
    <!-- <rosparam command="dump" file="$(find launch01_basic)/launch/params_out.yaml"/> -->

    
    <node name="my_turtlesim" pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" output="screen">
        <remap from="/turtle1/cmd_vel" to="/cmd_vel"/>
        <!-- param标签格式2 node标签内  会在参数前私有命名，node节点名称-->
        <param name="param_B" type="double" value="3.14"/>
        <!--rosparam格式2： node 内 -->
        <rosparam command="load" file="$(find launch01_basic)/launch/params.yaml"/>

    </node>
    <!-- 键盘控制节点 -->
    <node name="my_key" pkg="turtlesim" type="turtle_teleop_key" output="screen"/>
</launch>

dump.launch

<?xml version="1.0"?>
<launch>
    <rosparam command="dump" file="$(find launch01_basic)/launch/params_out.yaml"/>
    <!-- 删除参数 -->
    <rosparam command="delete" param="bg_B"/> 
</launch>

代码实现功能：

在param参数中用rosparam指令设置参数，可以在rosparam list查看，通过rosparam get /xxx获取参数

注意：

1.yaml文件中三原色设置时，冒号后面要加一个空格，否则会报错

2.rosparam 存在优先级，会先进行rosparam的运行，因此如果导出数据并非目标参数，可以设置另一个launch文件专门用于导出yaml文件

2.7launch文件—group标签(组)

属性：

• ns=“名称空间” (可选)

• clear_params=“true | false” (可选)

  启动前，是否删除组名称空间的所有参数(慎用…此功能危险)

作用：

可以对节点分组，具有 ns 属性，可以让节点归属某个命名空间

子集标签：

• 除了launch 标签外的其他标签

代码示例：

turtles.launch

<?xml version="1.0"?>
<launch>

    <!-- 同时启动两队乌龟GUI以及键盘控制节点 -->
    <group ns="first">
        <node name="my_turtlesim" pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" output="screen"/>
        <node name="my_key" pkg="turtlesim" type="turtle_teleop_key" output="screen"/>
    </group>
    <group ns="second">
        <node name="my_turtlesim" pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" output="screen"/>
        <node name="my_key" pkg="turtlesim" type="turtle_teleop_key" output="screen"/>
    </group>
</launch>

代码实现功能：

分组后，虽然两个gui重名，但是不会发生后启动的一个把前一个程序停掉，可以同时启动

2.8launch文件—arg标签

属性：

• name=“参数名称”

• default=“默认值” (可选)

• value=“数值” (可选)

  不可以与 default 并存

• doc=“描述”

  参数说明

作用：

用于动态传参，类似于函数的参数，可以增强launch文件的灵活性

子集标签：

• 无

代码示例：

turtles.launch

<?xml version="1.0"?>
<launch>

    <!-- 演示arg的使用，需要设置多个参数，参数使用的是同一个值（小车长度） -->
    <!-- <param name="A" value="0.5"/>
    <param name="B" value="0.5"/>
    <param name="C" value="0.5"/> -->

    <arg name="car_length" default="0.55"/>
    
    <param name="A" value="$(arg car_length)"/>
    <param name="B" value="$(arg car_length)"/>
    <param name="C" value="$(arg car_length)"/>
</launch>

代码实现功能：

类似于声明一个全局变量并赋值，后续可以直接更改变量值，省去逐行修改的功夫

动态传参功能：

roslaunch launch01_basic arg.launch car_length:=0.6