ROS2笔记-节点

节点

学习资料参考ROS2入门21讲图文教程.

机器人是各种功能的综合体，每一项功能就像机器人的一个工作细胞，众多细胞通过一些机制连接到一起，成为了一个机器人整体。

在ROS中，我们给这些 “细胞”取了一个名字，那就是节点。
通信模型

完整的机器人系统可能并不是一个物理上的整体，比如这样一个的机器人：

在机器人身体里搭载了一台计算机A，它可以通过机器人的眼睛——摄像头，获取外界环境的信息，也可以控制机器人的腿——轮子，让机器人移动到想要去的地方。除此之外，可能还会有另外一台计算机B，放在你的桌子上，它可以远程监控机器人看到的信息，也可以远程配置机器人的速度和某些参数，还可以连接一个摇杆，人为控制机器人前后左右运动。

这些功能虽然位于不同的计算机中，但都是这款机器人的工作细胞，也就是节点，他们共同组成了一个完整的机器人系统。

节点在机器人系统中的职责就是执行某些具体的任务，从计算机操作系统的角度来看，也叫做进程；
每个节点都是一个可以独立运行的可执行文件，比如执行某一个python程序，或者执行C++编译生成的结果，都算是运行了一个节点；
既然每个节点都是独立的执行文件，那自然就可以想到，得到这个执行文件的编程语言可以是不同的，比如C++、Python，乃至Java、Ruby等更多语言。
这些节点是功能各不相同的细胞，根据系统设计的不同，可能位于计算机A，也可能位于计算机B，还有可能运行在云端，这叫做分布式，也就是可以分布在不同的硬件载体上；
每一个节点都需要有唯一的命名，当我们想要去找到某一个节点的时候，或者想要查询某一个节点的状态时，可以通过节点的名称来做查询。

节点也可以比喻是一个一个的工人，分别完成不同的任务，他们有的在一线厂房工作，有的在后勤部门提供保障，他们互相可能并不认识，但却一起推动机器人这座“工厂”，完成更为复杂的任务。

接下来，我们就来看看， 节点这个工作细胞，到底该如何实现。

背景

ROS2图

ROS图是一个ROS 2元素网络，同时处理数据。它包含所有可执行文件以及它们之间的连接，如果要将它们全部映射并可视化。

ROS中的每个节点应负责单个模块用途（例如一个节点用于控制车轮电机，一个节点用来控制激光测距仪等）。每个节点都可以通过主题、服务、操作或参数向其他节点发送和接收数据。

ROS2的节点

ROS中的每个节点应负责单个模块用途（例如一个节点用于控制车轮电机，一个节点用来控制激光测距仪等）。每个节点都可以通过主题、服务、操作或参数向其他节点发送和接收数据。
一个完整的机器人系统由许多协同工作的节点组成。在ROS 2中，单个可执行文件（C++程序、Python程序等）可以包含一个或多个节点。

案例一：Hello World节点（面向过程）

ROS2中节点的实现当然是需要编写程序了，我们从Hello World例程开始，先来实现一个最为简单的节点，功能并不复杂，就是循环打印一个“Hello World”字符串到终端中。
创建节点流程

所以总体而言，节点的实现方式依然是这四个步骤，只不过编码方式做了一些改变而已。

• 编程接口初始化
• 创建节点并初始化
• 实现节点功能
• 销毁节点并关闭接口

通过如下命令创建功能包learning_node，并实现helloworld节点

$ cd ~/dev_ws/src
$ ros2 pkg create --build-type ament_python learning_node
$ cd learning_node/learning_node
$ gedit node_helloworld.py

node_helloworld.py内容如下

#!/usr/bin/env python3 
# -*- coding: utf-8 -*-

"""
@作者: 古月居(www.guyuehome.com)
@说明: ROS2节点示例-发布“Hello World”日志信息, 使用面向过程的实现方式
"""

import rclpy                                     # ROS2 Python接口库
from rclpy.node import Node                      # ROS2 节点类
import time

def main(args=None):                             # ROS2节点主入口main函数
    rclpy.init(args=args)                        # ROS2 Python接口初始化
    node = Node("node_helloworld")               # 创建ROS2节点对象并进行初始化
    
    while rclpy.ok():                            # ROS2系统是否正常运行
        node.get_logger().info("Hello World")    # ROS2日志输出
        time.sleep(0.5)                          # 休眠控制循环时间
    
    node.destroy_node()                          # 销毁节点对象    
    rclpy.shutdown()                             # 关闭ROS2 Python接口

完成代码的编写后需要设置功能包的编译选项，让系统知道Python程序的入口，打开功能包的setup.py文件，加入如下入口点的配置：

    entry_points={
        'console_scripts': [
        'node_helloworld       = learning_node.node_helloworld:main',
        ],
    },

编译执行

$ cd ~/dev_ws/src
$ colcon build
$ ros2 run learning_node node_helloworld 

[INFO] [1663995000.408755490] [node_helloworld]: Hello World
[INFO] [1663995000.909924309] [node_helloworld]: Hello World
[INFO] [1663995001.411069528] [node_helloworld]: Hello World
[INFO] [1663995001.912105173] [node_helloworld]: Hello World
[INFO] [1663995002.413409973] [node_helloworld]: Hello World
[INFO] [1663995002.914844265] [node_helloworld]: Hello World
[INFO] [1663995003.416305538] [node_helloworld]: Hello World
[INFO] [1663995003.917357029] [node_helloworld]: Hello World

节点命令行操作

节点命令的常用操作如下：

$ ros2 node list               # 查看节点列表
$ ros2 node info <node_name>   # 查看节点信息