机器人操作系统ROS（二）：计算图、节点、rosnode、rosrun与roslaunch

计算图

计算图（Computation Graph）是一个由ROS进程组成的点对点网络，它们能够共同处理数据。ROS的基本计算图概念有节点（Nodes）、主节点（Master）、参数服务器（Parameter Server）、消息（Messages）、服务（Services）、话题（Topics）和袋（Bags），它们都以不同的方式向图（Graph）提供数据。

• 节点（Nodes）：节点是一个可执行文件，它可以通过ROS来与其他节点进行通信。
• 消息（Messages）：订阅或发布话题时所使用的ROS数据类型。
• 话题（Topics）：节点可以将消息发布（publish）到话题，或通过订阅（subscribe）话题来接收消息。
• 服务（Services）：节点可以请求（request）或响应（response）服务。
• 主节点（Master）：ROS的命名服务，例如帮助节点发现彼此。
• rosout：在ROS中相当于stdout/stderr（标准输出/标准错误）。
• roscore：主节点 + rosout + 参数服务器。

ROS节点

为了更加形象地理解节点的概念，这里举一个通俗的例子：

例如，咱们有一个机器人，和一个遥控器，那么这个机器人和遥控器开始工作后，就是两个节点。遥控器起到了下达指 令的作用；机器人负责监听遥控器下达的指令，完成相应动作。从这里我们可以看出，节点是一个能执行特定工作任 务的工作单元，并且能够相互通信，从而实现一个机器人系统整体的功能。在这里我们把遥控器和机器人简单定义为两个节点，实际上在机器人中根据控制器、传感器、执行机构等不同组成模块，还可以将其进一步细分为更多的节点，这个是根据用户编写的程序来定义的。）

rosnode

rosnode显示当前正在运行的ROS节点信息。
rosnode list命令会列出这些活动的节点：

rosnode list

rosnode info命令返回的是某个指定节点的信息：

rosnode info /node_name

rosnode ping命令来测试节点是否正常：

rosnode ping /node_name

rosrun

rosrun可以让你用包名直接运行软件包内的节点（而不需要知道包的路径）。

rosrun [package_name] [executable_file_name]

roslaunch

roslaunch简介

roslaunch 是一个用于同时启动多个ros节点的命令行工具：

roslaunch package_name  launch_file_name

launch 文件是实现多个节点配置和启动的 XML 文件。根据规范，这些文件的后缀都是.launch 。通常会在packages 的 src 文件中创建一个 launch 文件夹，用于存放.launch文件。roslaunch 启动节点时，如果没有 ros Master 节点，则 roslaunch 会自动创建一个。

roslaunch标签

一个launch文件可以像下面这样：

<launch>
    <node pkg="package_name" type="executable_file_name" name="node_name" output="screen"/>
    <include file="$(find demo)/launch/demo.launch" ns="demo_namespace"/>
    <remap from="demo_name_1" to="demo_name_2"/>
    <param name="demo_param" type="int" value="6"/>
    <rosparam command="load" file="$(find pkg-name)/path/name.yaml"/>
    <arg name="arg_demo" default="6"/>
launch>

：根元素

<launch>
    ...
launch>

XML文件必须要包含一个根元素，launch文件中的根元素采用标签定义，文件中的其他内容都必须包含在这个标签之中。

：启动节点

 <node pkg="package_name" type="executable_file_name" name="node_name" output="screen"/>

• pkg=“package_name”：节点所在的包名
• type=“executable_file_name”：可执行文件名
• name=“node_name”：节点运行时的名称，会覆盖ros::init()定义的node_name
• output="screen’：终端输出转储在当前的控制台上,调试期间常用
• ns=“name_space”：在自定义的命名空间里运行节点，避免命名空间冲突

：嵌套复用

<include file="$(find demo)/launch/demo.launch" ns="demo_namespace"/>

• file =“$(find pkg-name)/path/filename.xml”：导入的文件路径
• ns=“name_space”：命名空间

：重映射

举一个例子，比如turtlebot的键盘控制节点，发布的速度控制指令话题可能是/turtlebot/cmd_vel，但是我们自己的机器人订阅的速度控制话题是/cmd_vel，这个时候在键盘控制节点下使用就可以轻松解决问题，将/turtlebot/cmd_vel重映射为/cmd_vel，机器人就可以接收到速度控制指令了：

<remap from="/turtlebot/cmd_vel"to="/cmd_vel"/>

如果这个 remap 标签写在与 node 元素的同一级，而且在 launch 元素内的最顶层。 那么这个重映射将会作用于 launch 文件中所有的节点。

：将parameter加载到ROS的参数服务器上

<param name="demo_param" type="int" value="6"/>

• name=“demo_param”：参数名
• type=“int”：类型
• value=“666”：数值

：将一个yaml格式文件中的参数全部加载到ROS参数服务器中

<rosparam command="load" file="$(find pkg-name)/path/name.yaml"/>

• command=“load”：加载文件
• file=“$(find pkg-name)/path/name.yaml”：文件路径与文件名

：launch文件里的参数

arg 标签只能在launch文件中使用。而param则是储存在参数服务器中，可以被节点使用。

<arg name="arg_demo_1" default="6"/>
<arg name="arg_demo_2" value="6"/>

以上是两种简单的赋值方法，两者的区别是使用 default 赋值的参数可以在命令行中像下面这样被修改，value 则不行。

1. 命令行传参：

roslaunch demo demo.launch arg_demo_1:=777

2. include文件传参

demo.launch 文件

<include file="include.launch">
  
  <arg name="hoge" value="fuga" />
include>

include.launch文件

<launch>
  
  <arg name="hoge" /> 
  
  <param name="param" value="$(arg hoge)"/>
launch>

：批量管理

group标签可以将若干个节点同时划分进某个工作空间，还可以做到对node的批量管理。

<group if="1-or-0">
	<node name="demo_1" pkg="demo_1" type="demo_pub_1" output="screen"/>……
	……
group>

<group unless="1-or-0">
	<node name="demo_2" pkg="demo_2" type="demo_pub_2" output="screen"/>
	……
	……
group>

第一种情况，当 if 属性的值为 0 的时候将会忽略掉 之间的标签。
第二种恰好相反，当 if 属性的值为 1 的时候将会忽略掉之间的标签。
但是我们通常不会直接用 1 或 0 来定义 if 标签。因为这样不够灵活。
通常会搭配 $(arg arg_name)来使用，例如：
demo.launch 文件

<launch>
    <include file="include.launch">
        <arg name="demo_arg" value="1"/>
    include>
launch>

include.launch文件

<launch>
    <arg name="demo_arg"/>
    <group if="$(demo_arg)">
        <node name="demo" pkg="demo" type="demo_pub" output="screen"/>
        <node name="demo" pkg="demo" type="demo_sub" output="screen"/>
    group>
launch>