ROS-ROS运行管理-工作空间覆盖；节点、话题、参数名称重名

一、工作空间覆盖

所谓工作空间覆盖，是指不同工作空间中，存在重名的功能包的情形。

ROS 开发中，会自定义工作空间且自定义工作空间可以同时存在多个，可能会出现一种情况: 虽然特定工作空间内的功能包不能重名，但是自定义工作空间的功能包与内置的功能包可以重名或者不同的自定义的工作空间中也可以出现重名的功能包，那么调用该名称功能包时，会调用哪一个呢？比如：自定义工作空间A存在功能包 turtlesim，自定义工作空间B也存在功能包 turtlesim，当然系统内置空间也存在turtlesim，如果调用turtlesim包，会调用哪个工作空间中的呢？

实现
0.新建工作空间A与工作空间B，两个工作空间中都创建功能包: turtlesim。
1.“Ctrl+H”显示隐藏文件，在 ~/.bashrc 文件下追加当前工作空间的 bash 格式如下:

source /home/用户/路径/工作空间A/devel/setup.bash
source /home/用户/路径/工作空间B/devel/setup.bash

上述操作的目的是可以在任意目录下使用工作空间A和B.
2.新开命令行:source .bashrc加载环境变量

3.查看ROS环境环境变量echo $ROS_PACKAGE_PATH

结果:自定义工作空间B:自定义空间A:系统内置空间

4.调用命令:roscd turtlesim会进入自定义工作空间B

原因
ROS 会解析 .bashrc 文件，并生成 ROS_PACKAGE_PATH ROS包路径，该变量中按照 .bashrc 中配置设置工作空间优先级，在设置时需要遵循一定的原则:ROS_PACKAGE_PATH 中的值，和 .bashrc 的配置顺序相反—>后配置的优先级更高，如果更改自定义空间A与自定义空间B的source顺序，那么调用时，将进入工作空间A。

结论
功能包重名时，会按照 ROS_PACKAGE_PATH 查找，配置在前的会优先执行。

隐患
存在安全隐患，比如当前工作空间B优先级更高，意味着当程序调用 turtlesim 时，不会调用工作空间A也不会调用系统内置的 turtlesim，如果工作空间A在实现时有其他功能包依赖于自身的 turtlesim，而按照ROS工作空间覆盖的涉及原则，那么实际执行时将会调用工作空间B的turtlesim，从而导致执行异常，出现安全隐患。

BUG 说明:
当在 .bashrc 文件中 source 多个工作空间后，可能出现的情况，在 ROS PACKAGE PATH 中只包含两个工作空间，可以删除自定义工作空间的 build 与 devel 目录，重新 catkin_make，然后重新载入 .bashrc 文件，问题解决。

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1.在test01_ws和test02_ws下创建turtlesim功能包时，使用catkin_make编译一个功能包，第一次编译由于编译的cpp文件命名与camkefile中的不一致，所以编译失败了。修改相应的名字之后再次编译还是失败。显示如下报错：

• make[2]:没有规则可制作目标

这个错误是由于上次编译失败，导致编译环境部分缺失。
解决办法是在工作空间的build文件夹找到相应的pkg包，然后删掉重新编译。
2.发现rosrun无法自动补齐
解决方法：
运行下面这条命令

sudo apt install ros-melodic-rosbash

运行结束后重启即可自动补齐

二、节点名称重名

场景:ROS中创建的节点是有名称的，C++初始化节点时通过API:ros::init(argc,argv,"xxxx");来定义节点名称，在Python中初始化节点则通过 rospy.init_node("yyyy") 来定义节点名称。在ROS的网络拓扑中，是不可以出现重名的节点的，因为假设可以重名存在，那么调用时会产生混淆，这也就意味着，不可以启动重名节点或者同一个节点启动多次，的确，在ROS中如果启动重名节点的话，之前已经存在的节点会被直接关闭，但是如果有这种需求的话，怎么优化呢？

在ROS中给出的解决策略是使用命名空间或名称重映射。
命名空间就是为名称添加前缀，名称重映射是为名称起别名。这两种策略都可以解决节点重名问题，两种策略的实现途径有多种:

• rosrun 命令
• launch 文件
• 编码实现

以上三种途径都可以通过命名空间或名称重映射的方式，来避免节点重名。
启动两个 turtlesim_node 节点，当然如果直接打开两个终端，直接启动，那么第一次启动的节点会关闭，并给出提示:

[ WARN] [1578812836.351049332]: Shutdown request received.
[ WARN] [1578812836.351207362]: Reason given for shutdown: [new node registered with same name]

2.1 rosrun设置命名空间与重映射

1.rosrun设置命名空间
语法: rosrun 包名 节点名 __ns:=新名称

rosrun turtlesim turtlesim_node __ns:=/xxx

rosrun turtlesim turtlesim_node __ns:=/yyy

两个节点都可以正常运行
rosnode list查看节点信息,显示结果:

/xxx/turtlesim
/yyy/turtlesim

2.rosrun名称重映射
语法: rosrun 包名 节点名 __name:=新名称

rosrun turtlesim  turtlesim_node __name:=t1 |  rosrun turtlesim   turtlesim_node /turtlesim:=t1(不适用于python)

rosrun turtlesim  turtlesim_node __name:=t2 |  rosrun turtlesim   turtlesim_node /turtlesim:=t2(不适用于python)

两个节点都可以运行
rosnode list查看节点信息,显示结果:

/t1
/t2

3.rosrun命名空间与名称重映射叠加
语法: rosrun 包名 节点名 __ns:=新名称 __name:=新名称

rosrun turtlesim turtlesim_node __ns:=/xxx __name:=tn

rosnode list查看节点信息,显示结果:

/xxx/tn

使用环境变量也可以设置命名空间,启动节点前在终端键入如下命令:
export ROS_NAMESPACE=xxxx

2.2 launch文件设置命名空间与重映射

launch 文件的 node 标签中有两个属性: name 和 ns，二者分别是用于实现名称重映射与命名空间设置的。使用launch文件设置命名空间与名称重映射也比较简单。
1.launch文件

<launch>

    <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="t1" />
    <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="t2" />
    <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="t1" ns="hello"/>

</launch>

在 node 标签中，name 属性是必须的，ns 可选。
2.运行
rosnode list查看节点信息,显示结果:

/t1
/t2
/t1/hello

2.3 编码设置命名空间与重映射

1.C++ 实现:重映射

核心代码：ros::init(argc,argv,"zhangsan",ros::init_options::AnonymousName);
会在名称后面添加时间戳。

2.C++ 实现:命名空间
核心代码：

  std::map<std::string, std::string> map;
  map["__ns"] = "xxxx";
  ros::init(map,"wangqiang");

节点名称设置了命名空间。

3.Python 实现:重映射
核心代码:rospy.init_node("lisi",anonymous=True)
会在节点名称后缀时间戳。

三、话题名称设置

在ROS中节点名称可能出现重名的情况，同理话题名称也可能重名。

在 ROS 中节点终端，不同的节点之间通信都依赖于话题，话题名称也可能出现重复的情况，这种情况下，系统虽然不会抛出异常，但是可能导致订阅的消息非预期的，从而导致节点运行异常。这种情况下需要将两个节点的话题名称由相同修改为不同。

又或者，两个节点是可以通信的，两个节点之间使用了相同的消息类型，但是由于，话题名称不同，导致通信失败。这种情况下需要将两个节点的话题名称由不同修改为相同。

在实际应用中，按照逻辑，有些时候可能需要将相同的话题名称设置为不同，也有可能将不同的话题名设置为相同。在ROS中给出的解决策略与节点名称重命类似，也是使用名称重映射或为名称添加前缀。根据前缀不同，有全局、相对、和私有三种类型之分。

• 全局(参数名称直接参考ROS系统，与节点命名空间平级)
• 相对(参数名称参考的是节点的命名空间，与节点名称平级)
• 私有(参数名称参考节点名称，是节点名称的子级)

名称重映射是为名称起别名，为名称添加前缀，该实现比节点重名更复杂些，不单是使用命名空间作为前缀、还可以使用节点名称最为前缀。两种策略的实现途径有多种:

• rosrun 命令
• launch 文件
• 编码实现

案例
在ROS中提供了一个比较好用的键盘控制功能包: ros-noetic-teleop-twist-keyboard，该功能包，可以控制机器人的运动，作用类似于乌龟的键盘控制节点，可以使用 sudo apt install ros-noetic-teleop-twist-keyboard 来安装该功能包，然后执行: rosrun teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard.py，在启动乌龟显示节点，不过此时前者不能控制乌龟运动，因为，二者使用的话题名称不同，前者使用的是 cmd_vel话题，后者使用的是 /turtle1/cmd_vel话题。需要将话题名称修改为一致，才能使用，如何实现？

3.1 rosrun设置话题重映射

rosrun名称重映射语法:

rorun 包名 节点名 话题名:=新话题名称

实现teleop_twist_keyboard与乌龟显示节点通信方案有两种：
1.方案1
将 teleop_twist_keyboard 节点的话题设置为/turtle1/cmd_vel

启动键盘控制节点:rosrun teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard.py /cmd_vel:=/turtle1/cmd_vel

启动乌龟显示节点: rosrun turtlesim turtlesim_node

二者可以实现正常通信

2.方案2
将乌龟显示节点的话题设置为 /cmd_vel

启动键盘控制节点:rosrun teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard.py

启动乌龟显示节点: rosrun turtlesim turtlesim_node /turtle1/cmd_vel:=/cmd_vel

二者可以实现正常通信

3.2 launch文件设置话题重映射

launch 文件设置话题重映射语法:

<node pkg="xxx" type="xxx" name="xxx">
    <remap from="原话题" to="新话题" />
</node>

实现teleop_twist_keyboard与乌龟显示节点通信方案有两种：
1.方案1
将 teleop_twist_keyboard 节点的话题设置为/turtle1/cmd_vel

<launch>

    <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="t1" />
    <node pkg="teleop_twist_keyboard" type="teleop_twist_keyboard.py" name="key">
        <remap from="/cmd_vel" to="/turtle1/cmd_vel" />
    node>

launch>

二者可以实现正常通信
2.方案2
将乌龟显示节点的话题设置为 /cmd_vel

<launch>
    <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="t1">
        <remap from="/turtle1/cmd_vel" to="/cmd_vel" />
    node>
    <node pkg="teleop_twist_keyboard" type="teleop_twist_keyboard.py" name="key" />

launch>

二者可以实现正常通信

3.3 编码设置话题名称

1.C++ 实现
1.初始化节点设置一个节点名称

ros::init(argc,argv,"hello")

2.设置不同类型的话题

3.启动节点时，传递一个 __ns:= xxx

4.节点启动后，使用 rostopic 查看话题信息

1.1全局名称
格式:以/开头的名称，和节点名称无关

比如:/xxx/yyy/zzz

示例1:ros::Publisher pub = nh.advertise(“/chatter”,1000);

结果1:/chatter

示例2:ros::Publisher pub = nh.advertise(“/chatter/money”,1000);

结果2:/chatter/money

1.2相对名称
格式:非/开头的名称,参考命名空间(与节点名称平级)来确定话题名称

示例1:ros::Publisher pub = nh.advertise(“chatter”,1000);

结果1:xxx/chatter

示例2:ros::Publisher pub = nh.advertise(“chatter/money”,1000);

结果2:xxx/chatter/money

1.3私有名称
格式:以~开头的名称

示例1:

ros::NodeHandle nh("~");
ros::Publisher pub = nh.advertise<std_msgs::String>("chatter",1000);

结果1:/xxx/hello/chatter

示例2:

ros::NodeHandle nh("~");
ros::Publisher pub = nh.advertise<std_msgs::String>("chatter/money",1000);

结果2:/xxx/hello/chatter/money

PS:当使用~,而话题名称有时/开头时，那么话题名称是绝对的

示例3:

ros::NodeHandle nh("~");
ros::Publisher pub = nh.advertise<std_msgs::String>("/chatter/money",1000);

结果3:/chatter/money

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2.Python 实现

1.初始化节点设置一个节点名称

rospy.init_node("hello")

2.设置不同类型的话题

3.启动节点时，传递一个 __ns:= xxx

4.节点启动后，使用 rostopic 查看话题信息

2.1全局名称
格式:以/开头的名称，和节点名称无关

示例1:pub = rospy.Publisher("/chatter",String,queue_size=1000)

结果1:/chatter

示例2:pub = rospy.Publisher("/chatter/money",String,queue_size=1000)

结果2:/chatter/money

2.2相对名称
格式:非/开头的名称,参考命名空间(与节点名称平级)来确定话题名称

示例1:pub = rospy.Publisher("chatter",String,queue_size=1000)

结果1:xxx/chatter

示例2:pub = rospy.Publisher("chatter/money",String,queue_size=1000)

结果2:xxx/chatter/money

2.3私有名称
格式:以~开头的名称

示例1:pub = rospy.Publisher("~chatter",String,queue_size=1000)

结果1:/xxx/hello/chatter

示例2:pub = rospy.Publisher("~chatter/money",String,queue_size=1000)

结果2:/xxx/hello/chatter/money

四、参数名称设置

关于参数重名的处理，没有重映射实现，为了尽量的避免参数重名，都是使用为参数名添加前缀的方式，实现类似于话题名称，有全局、相对、和私有三种类型之分。

• 全局(参数名称直接参考ROS系统，与节点命名空间平级)
• 相对(参数名称参考的是节点的命名空间，与节点名称平级)
• 私有(参数名称参考节点名称，是节点名称的子级)

设置参数的方式也有三种:

• rosrun 命令
• launch 文件
• 编码实现

4.1 rosrun设置参数

rosrun 在启动节点时，也可以设置参数:

语法: rosrun 包名 节点名称 _参数名:=参数值
1.设置参数
启动乌龟显示节点，并设置参数 A = 100

rosrun turtlesim turtlesim_node _A:=100

2.运行
rosparam list查看节点信息,显示结果:

/turtlesim/A
/turtlesim/background_b
/turtlesim/background_g
/turtlesim/background_r

结果显示，参数A前缀节点名称，也就是说rosrun执行设置参数参数名使用的是私有模式

4.2 launch文件设置参数

1.设置参数
以 param 标签为例，设置参数

<launch>

    <param name="p1" value="100" />
    <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="t1">
        <param name="p2" value="100" />
    node>

launch>

2.运行
rosparam list查看节点信息,显示结果:

/p1
/t1/p1

4.3 编码设置参数

1.C++实现
在 C++ 中，可以使用 ros::param 或者 ros::NodeHandle 来设置参数。

1.1ros::param设置参数
设置参数调用API是ros::param::set，该函数中，参数1传入参数名称，参数2是传入参数值，参数1中参数名称设置时，如果以 / 开头，那么就是全局参数，如果以 ~ 开头，那么就是私有参数，既不以 / 也不以 ~ 开头，那么就是相对参数。代码示例:

ros::param::set("/set_A",100); //全局,和命名空间以及节点名称无关
ros::param::set("set_B",100); //相对,参考命名空间
ros::param::set("~set_C",100); //私有,参考命名空间与节点名称

运行时，假设设置的 namespace 为 xxx，节点名称为 yyy，使用 rosparam list 查看:

/set_A
/xxx/set_B
/xxx/yyy/set_C

1.2ros::NodeHandle设置参数
设置参数时，首先需要创建 NodeHandle 对象，然后调用该对象的 setParam 函数，该函数参数1为参数名，参数2为要设置的参数值，如果参数名以 / 开头，那么就是全局参数，如果参数名不以 / 开头，那么，该参数是相对参数还是私有参数与NodeHandle 对象有关，如果NodeHandle 对象创建时如果是调用的默认的无参构造，那么该参数是相对参数，如果NodeHandle 对象创建时是使用:

ros::NodeHandle nh(“~”)，那么该参数就是私有参数。代码示例:

ros::NodeHandle nh;
nh.setParam("/nh_A",100); //全局,和命名空间以及节点名称无关

nh.setParam("nh_B",100); //相对,参考命名空间

ros::NodeHandle nh_private("~");
nh_private.setParam("nh_C",100);//私有,参考命名空间与节点名称

运行时，假设设置的 namespace 为 xxx，节点名称为 yyy，使用 rosparam list 查看:

/nh_A
/xxx/nh_B
/xxx/yyy/nh_C

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2.python实现
python 中关于参数设置的语法实现比 C++ 简洁一些，调用的API时 rospy.set_param，该函数中，参数1传入参数名称，参数2是传入参数值，参数1中参数名称设置时，如果以 / 开头，那么就是全局参数，如果以 ~ 开头，那么就是私有参数，既不以 / 也不以 ~ 开头，那么就是相对参数。代码示例:

rospy.set_param("/py_A",100)  #全局,和命名空间以及节点名称无关
rospy.set_param("py_B",100)  #相对,参考命名空间
rospy.set_param("~py_C",100)  #私有,参考命名空间与节点名称

运行时，假设设置的 namespace 为 xxx，节点名称为 yyy，使用 rosparam list 查看:

/py_A
/xxx/py_B
/xxx/yyy/py_C

参考：
[1]Autolabor-ROS机器人入门课程《ROS理论与实践》季基础教程
[2]【Autolabor初级教程】ROS机器人入门
[3]胡春旭.ROS机器人开发实践[M].机械工业出版社,2018.