10.2动态参数
参数服务器的数据被修改时,如果节点不重新访问,那么就不能获取修改后的数据,例如在乌龟背景色修改的案例中,先启动乌龟显示节点,然后再修改参数服务器中关于背景色设置的参数,那么窗体的背景色是不会修改的,必须要重启乌龟显示节点才能生效。而一些特殊场景下,是要求要能做到动态获取的,也即,参数一旦修改,能够通知节点参数已经修改并读取修改后的数据,比如:
机器人调试时,需要修改机器人轮廓信息(长宽高)、传感器位姿信息....,如果这些信息存储在参数服务器中,那么意味着需要重启节点,才能使更新设置生效,但是希望修改完毕之后,某些节点能够即时更新这些参数信息。
在ROS中针对这种场景已经给出的解决方案: dynamic reconfigure 动态配置参数。
动态配置参数,之所以能够实现即时更新,因为被设计成 CS 架构,客户端修改参数就是向服务器发送请求,服务器接收到请求之后,读取修改后的是参数。
概念
一种可以在运行时更新参数而无需重启节点的参数配置策略。
作用
主要应用于需要动态更新参数的场景,比如参数调试、功能切换等。典型应用:导航时参数的动态调试。
案例
编写两个节点,一个节点可以动态修改参数,另一个节点时时解析修改后的数据。
另请参考:
10.2.1 动态参数客户端
需求:
编写两个节点,一个节点可以动态修改参数,另一个节点时时解析修改后的数据。
客户端实现流程:
- 新建并编辑 .cfg 文件;
- 编辑CMakeLists.txt;
- 编译。
1.新建功能包
新建功能包,添加依赖:
roscpp rospy std_msgs dynamic_reconfigure
。2.添加.cfg文件
新建 cfg 文件夹,添加 xxx.cfg 文件(并添加可执行权限),cfg 文件其实就是一个 python 文件,用于生成参数修改的客户端(GUI)。
#! /usr/bin/env python """ 4生成动态参数 int,double,bool,string,列表 5实现流程: 6 1.导包 7 2.创建生成器 8 3.向生成器添加若干参数 9 4.生成中间文件并退出 10 """ # 1.导包 from dynamic_reconfigure.parameter_generator_catkin import * PACKAGE = "demo02_dr" # 2.创建生成器 gen = ParameterGenerator() # 3.向生成器添加若干参数 #add(name, paramtype, level, description, default=None, min=None, max=None, edit_method="") gen.add("int_param",int_t,0,"整型参数",50,0,100) gen.add("double_param",double_t,0,"浮点参数",1.57,0,3.14) gen.add("string_param",str_t,0,"字符串参数","hello world ") gen.add("bool_param",bool_t,0,"bool参数",True) many_enum = gen.enum([gen.const("small",int_t,0,"a small size"), gen.const("mediun",int_t,1,"a medium size"), gen.const("big",int_t,2,"a big size") ],"a car size set") gen.add("list_param",int_t,0,"列表参数",0,0,2, edit_method=many_enum) # 4.生成中间文件并退出 exit(gen.generate(PACKAGE,"dr_node","dr")) Copy
chmod +x xxx.cfg
添加权限3.配置 CMakeLists.txt
generate_dynamic_reconfigure_options( cfg/mycar.cfg ) Copy
4.编译
编译后会生成中间文件
C++ 需要调用的头文件:
Python需要调用的文件:
10.2.2 动态参数服务端A(C++)
需求:
编写两个节点,一个节点可以动态修改参数,另一个节点时时解析修改后的数据。
服务端实现流程:
- 新建并编辑 c++ 文件;
- 编辑CMakeLists.txt;
- 编译并执行。
0.vscode配置
需要像之前自定义 msg 实现一样配置settings.json 文件,如果以前已经配置且没有变更工作空间,可以忽略,如果需要配置,配置方式与之前相同:
{
"configurations": [
{
"browse": {
"databaseFilename": "",
"limitSymbolsToIncludedHeaders": true
},
"includePath": [
"/opt/ros/noetic/include/**",
"/usr/include/**",
"/xxx/yyy工作空间/devel/include/**" //配置 head 文件的路径
],
"name": "ROS",
"intelliSenseMode": "gcc-x64",
"compilerPath": "/usr/bin/gcc",
"cStandard": "c11",
"cppStandard": "c++17"
}
],
"version": 4
}
Copy
1.服务器代码实现
新建cpp文件,内容如下:
#include "ros/ros.h"
#include "dynamic_reconfigure/server.h"
#include "demo02_dr/drConfig.h"
/*
动态参数服务端: 参数被修改时直接打印
实现流程:
1.包含头文件
2.初始化 ros 节点
3.创建服务器对象
4.创建回调对象(使用回调函数,打印修改后的参数)
5.服务器对象调用回调对象
6.spin()
*/
void cb(demo02_dr::drConfig& config, uint32_t level){
ROS_INFO("动态参数解析数据:%d,%.2f,%d,%s,%d",
config.int_param,
config.double_param,
config.bool_param,
config.string_param.c_str(),
config.list_param
);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
setlocale(LC_ALL,"");
// 2.初始化 ros 节点
ros::init(argc,argv,"dr");
// 3.创建服务器对象
dynamic_reconfigure::Server<demo02_dr::drConfig> server;
// 4.创建回调对象(使用回调函数,打印修改后的参数)
dynamic_reconfigure::Server<demo02_dr::drConfig>::CallbackType cbType;
cbType = boost::bind(&cb,_1,_2);
// 5.服务器对象调用回调对象
server.setCallback(cbType);
// 6.spin()
ros::spin();
return 0;
}
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2.编译配置文件
add_executable(demo01_dr_server src/demo01_dr_server.cpp)
...
add_dependencies(demo01_dr_server ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS} ${catkin_EXPORTED_TARGETS})
...
target_link_libraries(demo01_dr_server
${catkin_LIBRARIES}
)
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3.执行
先启动roscore
启动服务端:rosrun 功能包 xxxx
启动客户端:rosrun rqt_gui rqt_gui -s rqt_reconfigure
或rosrun rqt_reconfigure rqt_reconfigure
最终可以通过客户端提供的界面修改数据,并且修改完毕后,服务端会即时输出修改后的结果,最终运行结果与示例类似。
PS:ROS版本较新时,可能没有提供客户端相关的功能包导致rosrun rqt_reconfigure rqt_reconfigure
调用会抛出异常。
10.3 pluginlib
pluginlib直译是插件库,所谓插件字面意思就是可插拔的组件,比如:以计算机为例,可以通过USB接口自由插拔的键盘、鼠标、U盘...都可以看作是插件实现,其基本原理就是通过规范化的USB接口协议实现计算机与USB设备的自由组合。同理,在软件编程中,插件是一种遵循一定规范的应用程序接口编写出来的程序,插件程序依赖于某个应用程序,且应用程序可以与不同的插件程序自由组合。在ROS中,也会经常使用到插件,场景如下:
1.导航插件:在导航中,涉及到路径规划模块,路径规划算法有多种,也可以自实现,导航应用时,可能需要测试不同算法的优劣以选择更合适的实现,这种场景下,ROS中就是通过插件的方式来实现不同算法的灵活切换的。
2.rviz插件:在rviz中已经提供了丰富的功能实现,但是即便如此,特定场景下,开发者可能需要实现某些定制化功能并集成到rviz中,这一集成过程也是基于插件的。
概念
pluginlib是一个c++库, 用来从一个ROS功能包中加载和卸载插件(plugin)。插件是指从运行时库中动态加载的类。通过使用Pluginlib,不必将某个应用程序显式地链接到包含某个类的库,Pluginlib可以随时打开包含类的库,而不需要应用程序事先知道包含类定义的库或者头文件。
作用
- 结构清晰;
- 低耦合,易修改,可维护性强;
- 可移植性强,更具复用性;
- 结构容易调整,插件可以自由增减;
10.3.1 pluginlib使用
需求:
以插件的方式实现正多边形的相关计算。
实现流程:
- 准备;
- 创建基类;
- 创建插件类; -----10.8号
- 注册插件;
- 构建插件库;
- 使插件可用于ROS工具链;
- 配置xml
- 导出插件
- 使用插件;
- 执行。
1.准备
创建功能包xxx导入依赖: roscpp pluginlib。
在 VSCode中需要配置 .vascode/c_cpp_properties.json文件中关于 includepath 选项的设置。
{
"configurations": [
{
"browse": {
"databaseFilename": "",
"limitSymbolsToIncludedHeaders": true
},
"includePath": [
"/opt/ros/noetic/include/**",
"/usr/include/**",
"/.../yyy工作空间/功能包/include/**" //配置 head 文件的路径
],
"name": "ROS",
"intelliSenseMode": "gcc-x64",
"compilerPath": "/usr/bin/gcc",
"cStandard": "c11",
"cppStandard": "c++17"
}
],
"version": 4
}
Copy
2.创建基类
在 xxx/include/xxx下新建C++头文件: polygon_base.h,所有的插件类都需要继承此基类,内容如下:
#ifndef XXX_POLYGON_BASE_H_
#define XXX_POLYGON_BASE_H_
namespace polygon_base
{
class RegularPolygon
{
public:
virtual void initialize(double side_length) = 0;
virtual double area() = 0;
virtual ~RegularPolygon(){}
protected:
RegularPolygon(){}
};
};
#endif
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PS:基类必须提供无参构造函数,所以关于多边形的边长没有通过构造函数而是通过单独编写的initialize函数传参。
3.创建插件
在 xxx/include/xxx下新建C++头文件:polygon_plugins.h,内容如下:
#ifndef XXX_POLYGON_PLUGINS_H_
#define XXX_POLYGON_PLUGINS_H_
#include <xxx/polygon_base.h>
#include <cmath>
namespace polygon_plugins
{
class Triangle : public polygon_base::RegularPolygon
{
public:
Triangle(){}
void initialize(double side_length)
{
side_length_ = side_length;
}
double area()
{
return 0.5 * side_length_ * getHeight();
}
double getHeight()
{
return sqrt((side_length_ * side_length_) - ((side_length_ / 2) * (side_length_ / 2)));
}
private:
double side_length_;
};
class Square : public polygon_base::RegularPolygon
{
public:
Square(){}
void initialize(double side_length)
{
side_length_ = side_length;
}
double area()
{
return side_length_ * side_length_;
}
private:
double side_length_;
};
};
#endif
Copy
该文件中创建了正方形与三角形两个衍生类继承基类。
4.注册插件
在 src 目录下新建 polygon_plugins.cpp 文件,内容如下:
//pluginlib 宏,可以注册插件类
#include <pluginlib/class_list_macros.h>
#include <xxx/polygon_base.h>
#include <xxx/polygon_plugins.h>
//参数1:衍生类 参数2:基类
PLUGINLIB_EXPORT_CLASS(polygon_plugins::Triangle, polygon_base::RegularPolygon)
PLUGINLIB_EXPORT_CLASS(polygon_plugins::Square, polygon_base::RegularPolygon)
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该文件会将两个衍生类注册为插件。
5.构建插件库
在 CMakeLists.txt 文件中设置内容如下:
include_directories(include)
add_library(polygon_plugins src/polygon_plugins.cpp)
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至此,可以调用 catkin_make 编译,编译完成后,在工作空间/devel/lib目录下,会生成相关的 .so 文件。
6.使插件可用于ROS工具链
6.1配置xml
功能包下新建文件:polygon_plugins.xml,内容如下:
<!-- 插件库的相对路径 -->
<library path="lib/libpolygon_plugins">
<!-- type="插件类" base_class_type="基类" -->
<class type="polygon_plugins::Triangle" base_class_type="polygon_base::RegularPolygon">
<!-- 描述信息 -->
<description>This is a triangle plugin.</description>
</class>
<class type="polygon_plugins::Square" base_class_type="polygon_base::RegularPolygon">
<description>This is a square plugin.</description>
</class>
</library>
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6.2导出插件
package.xml文件中设置内容如下:
<export>
<xxx plugin="${prefix}/polygon_plugins.xml" />
</export>
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标签
编译后,可以调用rospack plugins --attrib=plugin xxx
命令查看配置是否正常,如无异常,会返回 .xml 文件的完整路径,这意味着插件已经正确的集成到了ROS工具链。
7.使用插件
src 下新建c++文件:polygon_loader.cpp,内容如下:
//类加载器相关的头文件
#include <pluginlib/class_loader.h>
#include <xxx/polygon_base.h>
int main(int argc, char** argv)
{
//类加载器 -- 参数1:基类功能包名称 参数2:基类全限定名称
pluginlib::ClassLoader<polygon_base::RegularPolygon> poly_loader("xxx", "polygon_base::RegularPolygon");
try
{
//创建插件类实例 -- 参数:插件类全限定名称
boost::shared_ptr<polygon_base::RegularPolygon> triangle = poly_loader.createInstance("polygon_plugins::Triangle");
triangle->initialize(10.0);
boost::shared_ptr<polygon_base::RegularPolygon> square = poly_loader.createInstance("polygon_plugins::Square");
square->initialize(10.0);
ROS_INFO("Triangle area: %.2f", triangle->area());
ROS_INFO("Square area: %.2f", square->area());
}
catch(pluginlib::PluginlibException& ex)
{
ROS_ERROR("The plugin failed to load for some reason. Error: %s", ex.what());
}
return 0;
}
Copy
8.执行
修改CMakeLists.txt文件,内容如下:
add_executable(polygon_loader src/polygon_loader.cpp)
target_link_libraries(polygon_loader ${catkin_LIBRARIES})
Copy
编译然后执行:polygon_loader,结果如下:
[ INFO] [WallTime: 1279658450.869089666]: Triangle area: 43.30
[ INFO] [WallTime: 1279658450.869138007]: Square area: 100.00
10.4 nodelet
ROS通信是基于Node(节点)的,Node使用方便、易于扩展,可以满足ROS中大多数应用场景,但是也存在一些局限性,由于一个Node启动之后独占一根进程,不同Node之间数据交互其实是不同进程之间的数据交互,当传输类似于图片、点云的大容量数据时,会出现延时与阻塞的情况,比如:
现在需要编写一个相机驱动,在该驱动中有两个节点实现:其中节点A负责发布原始图像数据,节点B订阅原始图像数据并在图像上标注人脸。如果节点A与节点B仍按照之前实现,两个节点分别对应不同的进程,在两个进程之间传递容量可观图像数据,可能就会出现延时的情况,那么该如何优化呢?
ROS中给出的解决方案是:Nodelet,通过Nodelet可以将多个节点集成进一个进程。
概念
nodelet软件包旨在提供在同一进程中运行多个算法(节点)的方式,不同算法之间通过传递指向数据的指针来代替了数据本身的传输(类似于编程传值与传址的区别),从而实现零成本的数据拷贝。
nodelet功能包的核心实现也是插件,是对插件的进一步封装:
- 不同算法被封装进插件类,可以像单独的节点一样运行;
- 在该功能包中提供插件类实现的基类:Nodelet;
- 并且提供了加载插件类的类加载器:NodeletLoader。
作用
应用于大容量数据传输的场景,提高节点间的数据交互效率,避免延时与阻塞。
10.4.1 使用演示
在ROS中内置了nodelet案例,我们先以该案例演示nodelet的基本使用语法,基本流程如下:
- 案例简介;
- nodelet基本使用语法;
- 内置案例调用。
1.案例简介
以“ros- [ROS_DISTRO] -desktop-full”命令安装ROS时,nodelet默认被安装,如未安装,请调用如下命令自行安装:
sudo apt install ros-<<ROS_DISTRO>>-nodelet-tutorial-math
Copy
在该案例中,定义了一个Nodelet插件类:Plus,这个节点可以订阅一个数字,并将订阅到的数字与参数服务器中的 value 参数相加后再发布。
需求:再同一线程中启动两个Plus节点A与B,向A发布一个数字,然后经A处理后,再发布并作为B的输入,最后打印B的输出。 在同一个进程里面。运输成本为0
2.nodelet 基本使用语法
使用语法如下:
nodelet load pkg/Type manager - Launch a nodelet of type pkg/Type on manager manager
nodelet standalone pkg/Type - Launch a nodelet of type pkg/Type in a standalone node
nodelet unload name manager - Unload a nodelet a nodelet by name from manager
//管理不同的节点
nodelet manager - Launch a nodelet manager node
3.内置案例调用
1.启动roscore
roscore
Copy
2.启动manager
//启动了一个节点,名称为mymanager
rosrun nodelet nodelet manager __name:=mymanager
__name:= 用于设置管理器名称。
3.添加nodelet节点
a@a-VirtualBox:~$ rostopic list
/mymanager/bond
/rosout
/rosout_agg
/xiaowang/in --- 可以通过xiaowang/in发布节点
/xiaowang/out ---
a@a-VirtualBox:~$
添加第一个节点:
例如”添加一个小王节点, 它可以订阅xiaowang/in 输出xiaowang/out
rosrun nodelet nodelet load nodelet_tutorial_math/Plus mymanager __name:=xiaowang _value:=100
添加第二个节点:
这里出现了一个问题:如何让这两个员工之间产生关系,将话题进行映射
a@a-VirtualBox:~$ rostopic list
/mymanager/bond
/rosout
/rosout_agg
/xiaowang/in
/xiaowang/out
/xiaozhang/in
/xiaozhang/out
a@a-VirtualBox:~$
rosrun nodelet nodelet load nodelet_tutorial_math/Plus mymanager __name:=xiaozhang _value:=-50 /xiaozhang/in:=/xiaowang/out
/xiaozhang/in:=/xiangwang/out 将xiaozhang/in更改成xiaowang/out
再添加一个员工。隶属于mymanager管理的办公室,员工有相应的数据value -50
这里面一个关系
PS: 解释
rosrun nodelet nodelet load nodelet_tutorial_math/Plus mymanager __name:=n1 _value:=100
- rosnode list 查看,nodelet 的节点名称是: /n1;
- rostopic list 查看,订阅的话题是: /n1/in,发布的话题是: /n1/out;
- rosparam list查看,参数名称是: /n1/value。
rosrun nodelet nodelet standalone nodelet_tutorial_math/Plus mymanager __name:=n2 _value:=-50 /n2/in:=/n1/out
- 第二个nodelet 与第一个同理;
- 第二个nodelet 订阅的话题由 /n2/in 重映射为 /n1/out。
优化:也可以将上述实现集成进launch文件:
<launch>
<!-- 设置nodelet管理器 -->
<node pkg="nodelet" type="nodelet" name="mymanager" args="manager" output="screen" />
<!-- 启动节点1,名称为 n1, 参数 /n1/value 为100 -->
<node pkg="nodelet" type="nodelet" name="n1" args="load nodelet_tutorial_math/Plus mymanager" output="screen" >
<param name="value" value="100" />
</node>
<!-- 启动节点2,名称为 n2, 参数 /n2/value 为-50 -->
<node pkg="nodelet" type="nodelet" name="n2" args="load nodelet_tutorial_math/Plus mymanager" output="screen" >
<param name="value" value="-50" />
<remap from="/n2/in" to="/n1/out" />
</node>
</launch>
Copy
4.执行
向节点n1发布消息:
rostopic pub -r 10 /n1/in std_msgs/Float64 "data: 10.0"
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打印节点n2发布的消息:
rostopic echo /n2/out
Copy
最终输出结果应该是:60。
10.4.2 nodelet实现
nodelet本质也是插件,实现流程与插件实现流程类似,并且更为简单,不需要自定义接口,也不需要使用类加载器加载插件类。
需求:参考 nodelet 案例,编写 nodelet 插件类,可以订阅输入数据,设置参数,发布订阅数据与参数相加的结果。
流程:
- 准备;
- 创建插件类(实现该接口)并注册插件;
- 构建插件库;
- 使插件可用于ROS工具链; //新建xml文件
- 执行。
1.准备
新建功能包,导入依赖: roscpp、nodelet;
2.创建插件类并注册插件
#include "nodelet/nodelet.h"
#include "pluginlib/class_list_macros.h"
#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/Float64.h"
namespace nodelet_demo_ns {
class MyPlus: public nodelet::Nodelet {
public:
MyPlus(){
value = 0.0;
}
void onInit(){
//获取 NodeHandle
ros::NodeHandle& nh = getPrivateNodeHandle();
//从参数服务器获取参数
nh.getParam("value",value);
//创建发布与订阅对象
pub = nh.advertise<std_msgs::Float64>("out",100);
sub = nh.subscribe<std_msgs::Float64>("in",100,&MyPlus::doCb,this);
}
//回调函数
void doCb(const std_msgs::Float64::ConstPtr& p){
double num = p->data;
//数据处理
double result = num + value;
std_msgs::Float64 r;
r.data = result;
//发布
pub.publish(r);
}
private:
ros::Publisher pub;
ros::Subscriber sub;
double value;
};
}
PLUGINLIB_EXPORT_CLASS(nodelet_demo_ns::MyPlus,nodelet::Nodelet)
Copy
3.构建插件库
CMakeLists.txt配置如下:
...
add_library(mynodeletlib
src/myplus.cpp
)
...
target_link_libraries(mynodeletlib
${catkin_LIBRARIES}
)
Copy
编译后,会在 工作空间/devel/lib/
先生成文件: libmynodeletlib.so。
4.使插件可用于ROS工具链
4.1配置xml
新建 xml 文件,名称自定义(比如:my_plus.xml),内容如下:
<library path="lib/libmynodeletlib">
<class name="demo04_nodelet/MyPlus" type="nodelet_demo_ns::MyPlus" base_class_type="nodelet::Nodelet" >
<description>hello</description>
</class>
</library>
Copy
4.2导出插件
<export>
<!-- Other tools can request additional information be placed here -->
<nodelet plugin="${prefix}/my_plus.xml" />
</export>
Copy
5.执行
可以通过launch文件执行nodelet,示例内容如下:
<launch>
<node pkg="nodelet" type="nodelet" name="my" args="manager" output="screen" />
<node pkg="nodelet" type="nodelet" name="p1" args="load demo04_nodelet/MyPlus my" output="screen">
<param name="value" value="100" />
<remap from="/p1/out" to="con" />
</node>
<node pkg="nodelet" type="nodelet" name="p2" args="load demo04_nodelet/MyPlus my" output="screen">
<param name="value" value="-50" />
<remap from="/p2/in" to="con" />
</node>
</launch>
Copy
运行launch文件,可以参考上一节方式向 p1发布数据,并订阅p2输出的数据,最终运行结果也与上一节类似。
标签:插件,Copy,10.9,参数,pluglnlib,include,nodelet,节点 From: https://www.cnblogs.com/a111l/p/16773564.html