ROS节点

前言

在介绍节点之前，先讲一下ROS:

• ROS是机器人操作系统（Robot Operating System）的简称，用于编写机器人的软件程序。

• ROS是一种具有高度灵活性的软件架构，能够帮助软件开发者快速创建机器人应用软件。

• ROS提供了一系列程序库和工具，包括：硬件抽象、设备驱动、库函数、可视化、进程间消息传递和软件包管理等

• ROS是一个分布式的进程（也就是“节点”）框架，这些进程被封装在不同的程序包或功能包中。

• ROS可以分成两层：底层是操作系统层（通常不需要用户关心），上层则是实现不同功能的软件包，如感知、定位、规划、控制等。

ROS的目录文件结构:

节点（node）、消息（message）、主题（topic）、服务（service），ROS控制器（ROS master）

• 节点（Nodes)：节点是使用ROS与其他节点通信的可执行文件。
• 消息(Messages)：订阅或发布主题(topic)时使用的ROS数据类型。
• 主题(Topic)：节点可以将消息发布到主题，也可以订阅主题以接收消息。
• 节点管理器(Master)：ROS的名称服务（即帮助节点相互查找）
• rosout：等效于stdout / stderr的ROS
• roscore：Master + rosout +参数服务器（参数服务器将在以后介绍）

节点

• 在ROS中，最小的进程单元就是节点(node)
• 一个软件包里有多个可执行文件，可执行文件在运行之后就成了一个进程(progress)，这个进程在ROS中就叫节点。
• 从程序角度来说，node就是一个可执行文件(通常为C++生成的可执行文件、Python脚本)被执行，加载到了内存之中
• 从功能角度来说，通常一个node负责机器人的某一个单独的功能，由于机器人的功能模块非常复杂，我们往往不会把所有的功能都集中在同一个node，而是采用分布式的方式，把鸡蛋放到不同的篮子里。
• 例如有一个node来控制底盘轮子的运动，有一个node驱动摄像头获取图像，有一个node驱动激光雷达，有一个node根据传感器信息进行路径规划，这样做可以降低程序发生崩溃的可能性，试想一下如果把所有功能都写到一个程序中，模块间的通信、异常处理将会很麻烦。
• 节点之间通过话题（Topic）、服务（Service）、动作（Actions）或者参数（Parameter）实现数据的收发。

主节点

• 由于机器人的元器件很多，功能庞大，因此实际运行时往往会运行众多的node，负责感知世界、控制运动、决策和计算等功能。
• 那么如何合理的进行调配、管理这些node？这就要利用ROS提供给我们的节点管理器master,master在整个网络通信架构里相当于管理中心，管理着各个node
• node首先master处进行注册，之后master会将该node纳入整个ROS程序中
• node之间的通信也是先由master进行“牵线”，才能两两的进行点对点通信
• 当ROS程序启动时，第一步首先启动master，由节点管理器处理依次启动node

节点和主节点之间的关系

 基本命令

roscore

• 启动ros主节点，在运行ros程序之前都必须运行该命令启动主节点
• 运行roscore时ROS master启动，同时启动的还有 rosout 和 parameter server ,
• 其中rosout 是负责日志输出的一个节点，其作用是告知用户当前系统的状态，包括输出系统的error、warning等等，并且将log记录于日志文件中
• parameter server 即是参数服务器，它并不是一个node，而是存储参数配置的一个服务器
• 每一次我们运行ROS的节点前，都需要把master启动起来，这样才能够让节点启动和注册

rosrun

• 运行某一节点
• 用法：rosrun [--prefix cmd] [--debug] pkg_name node_name [ARGS]
• rosrun将会寻找PACKAGE下的名为EXECUTABLE的可执行程序，将可选参数ARGS传入
• 例如在GDB下运行ros程序：rosrun --prefix 'gdb -ex run --args' pkg_name node_name

rosnode

# 列出当前运行的node信息
rosnode list
# 显示出node的详细信息
rosnode info node_name
# 结束某个node
rosnode kill node_name
# 测试连接节点
rosnode ping
# 列出在特定机器或列表机器上运行的节点
rosnode machine
# 清除不可到达节点的注册信息
rosnode cleanup
# 查看rosnode命令的用法
rosnode help

编写和运行ROS节点

# 在home目录下运行以下命令创建一个名字为ros_workspace的工作空间
$ mkdir –p ros_workspace/src
# 切换到工作工件目录
$ cd ros_workspace
# 编译工作空间
$ catkin_make
# 设置环境变量
$ echo “source ~/ros_workspace/devel/setup.bash” >> ~/.bashrc
$ source ~/.bashrc

# 切换到/src目录，创建一个test_pkg的功能包
$ catkin_create_pkg test_pkg std_msgs rospy roscpp

注意：

ROS 包的命名遵循一个命名规范，只允许使用小写字母、数字和下划线，而且首字符必须是一个小写字母。一些 ROS工具，包括 catkin，不支持那些不遵循此命名规范的包

ROS node头文件

• 头文件
• 头文件类型有gencpp模块根据msg定义自动生成
• std_msgs/String.h
• 使用rosmsg 查看具体内容

ROS node 基本结构

• ros::init()：初始化
• ros::Publisher：发布消息
• ros::Subscriber：订阅消息
• ros::Rate loop_rate：循环速率
• ros::spin()：事件循环
• ros::spinOnce()：单次事件
• ros::start()：启动
• ros::shutdown()：关闭

ros::init()

• 通过调用ros::init()函数来初始化node
• 此函数向ROS系统传递命令行参数、定义node名字及其它参数
• 在调用roscpp其它函数前必须先调用ros::init()，其函数原型为：

• void ros::init (int &argc,char **argv,const std::string &name,uint32_t options=0)

ros::Publisher

将节点设置成发布者，并将所发布主题的类型和名称告知节点管理器

ros::Subscriber

将节点设置成接收者，并将所接收主题的类型和名称告知节点管理器

主循环

• 循环条件 ros::ok(): 当接受到ctrl+c 信号 或者 ros::shutdown() 调用时，为false，终止运行节点
• 主循环中，使用ros::rate 实现将循环一次的时间控制在一个我们设置的一个周期内
• ROS_INFO();

参考：

https://blog.csdn.net/qq_40626497/article/details/103744839

https://www.isolves.com/it/ai/2020-08-11/27745.html