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nav2的behavior模块，controller模块，lifecycle_manager模块

时间：2024-09-26 13:20:34浏览次数：10  
标签：node 模块 cmd manager 节点 controller behavior vel lifecycle

Navigation2-main 项目中 nav2_behaviors、controller 和 lifecycle_manager 文件夹的源代码详解
在前述章节中，我们已经详细介绍了 constrained_smoother、collision_monitor、mppi_controller、dwb_controller、rotation_shim 和 core 模块。本节将继续介绍 navigation2-main 项目中的三个重要模块：nav2_behaviors、controller 和 lifecycle_manager。我们将深入解析这些模块的目录结构、核心功能、主要类和函数，帮助您全面理解和使用这些组件。

  1. nav2_behaviors
    nav2_behaviors 模块负责实现机器人在导航过程中可能执行的各种行为，如旋转、直行、避障等。这些行为是导航控制器执行复杂动作的基础，为机器人提供了灵活的运动能力。
    目录结构概述
    nav2_behaviors/
    ├── include/
    │ └── nav2_behaviors/
    │ ├── navigate_rotate.hpp
    │ ├── navigate_straight.hpp
    │ ├── behavior_base.hpp
    │ └── …
    ├── src/
    │ ├── navigate_rotate.cpp
    │ ├── navigate_straight.cpp
    │ ├── behavior_base.cpp
    │ └── …
    ├── CMakeLists.txt
    └── package.xml
    详细说明
    1.1 include/nav2_behaviors/
    此目录包含了 nav2_behaviors 模块的头文件，定义了各种导航行为的接口和基类。
    ● behavior_base.hpp定义了所有导航行为的基类 BehaviorBase，为具体行为类提供统一的接口和基础功能。
    ● navigate_rotate.hpp定义了 NavigateRotate 类，负责实现机器人的旋转行为。
    ● navigate_straight.hpp定义了 NavigateStraight 类，负责实现机器人的直行行为。
    1.2 src/
    此目录包含了 nav2_behaviors 模块的源代码，实现了各类导航行为的具体逻辑。
    1.2.1 behavior_base.cpp
    功能概述：
    BehaviorBase 类是所有导航行为的基类，提供了配置、执行和取消行为的基础接口，确保不同行为之间的一致性和可扩展性。
    关键方法：
    ● configure(): 配置行为，包括加载参数和初始化资源。
    ● execute(): 执行具体的导航行为。
    ● cancel(): 取消正在执行的行为。
    示例代码：
    #pragma once

#include “rclcpp/rclcpp.hpp”

namespace nav2_behaviors
{

class BehaviorBase
{
public:
BehaviorBase();
virtual ~BehaviorBase();

virtual void configure(const rclcpp::Node::SharedPtr & node, const std::string & name) = 0;
virtual void execute() = 0;
virtual void cancel() = 0;

protected:
rclcpp::Node::SharedPtr node_;
std::string name_;
};

} // namespace nav2_behaviors
1.2.2 navigate_rotate.cpp
功能概述：
NavigateRotate 类实现了机器人的旋转行为，通过控制机器人的角速度，使其旋转到指定的角度。
关键方法：
● configure(): 配置旋转行为，加载旋转速度和目标角度参数。
● execute(): 执行旋转动作，发布旋转速度指令直到达到目标角度。
● cancel(): 取消旋转动作，停止发布速度指令。
示例代码：
#include “nav2_behaviors/navigate_rotate.hpp”
#include “geometry_msgs/msg/twist.hpp”

namespace nav2_behaviors
{

NavigateRotate::NavigateRotate()
target_angle_(0.0), rotation_speed_(0.5), rotating_(false)
{
}

NavigateRotate::~NavigateRotate()
{
}

void NavigateRotate::configure(const rclcpp::Node::SharedPtr & node, const std::string & name)
{
node_ = node;
name_ = name;

node_->declare_parameter(“rotation_speed”, rotation_speed_);
node_->declare_parameter(“target_angle”, target_angle_);

node_->get_parameter(“rotation_speed”, rotation_speed_);
node_->get_parameter(“target_angle”, target_angle_);

cmd_vel_pub_ = node_->create_publisher<geometry_msgs::msg::Twist>(“/cmd_vel”, 10);
}

void NavigateRotate::execute()
{
rotating_ = true;
double current_angle = getCurrentYaw();
double angle_diff = normalizeAngle(target_angle_ - current_angle);

geometry_msgs::msg::Twist cmd_vel;
cmd_vel.angular.z = (angle_diff > 0) ? rotation_speed_ : -rotation_speed_;

RCLCPP_INFO(node_->get_logger(), “开始旋转到目标角度: %.2f rad”, target_angle_);

while (rotating_ && std::abs(angle_diff) > 0.01) { // 0.01弧度容差
cmd_vel_pub_->publish(cmd_vel);
rclcpp::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));

current_angle = getCurrentYaw();
angle_diff = normalizeAngle(target_angle_ - current_angle);
cmd_vel.angular.z = (angle_diff > 0) ? rotation_speed_ : -rotation_speed_;

}

// 停止旋转
cmd_vel.angular.z = 0.0;
cmd_vel_pub_->publish(cmd_vel);

rotating_ = false;
RCLCPP_INFO(node_->get_logger(), “已到达目标角度: %.2f rad”, target_angle_);
}

void NavigateRotate::cancel()
{
rotating_ = false;
geometry_msgs::msg::Twist cmd_vel;
cmd_vel.angular.z = 0.0;
cmd_vel_pub_->publish(cmd_vel);
RCLCPP_WARN(node_->get_logger(), “旋转行为已取消”);
}

double NavigateRotate::getCurrentYaw()
{
// 获取当前机器人的YAW角度，实际实现需订阅/odom或其他位姿主题
// 这里使用示例值
return 0.0;
}

double NavigateRotate::normalizeAngle(double angle)
{
while (angle > M_PI)
angle -= 2.0 * M_PI;
while (angle < -M_PI)
angle += 2.0 * M_PI;
return angle;
}

} // namespace nav2_behaviors
1.2.3 navigate_straight.cpp
功能概述：
NavigateStraight 类实现了机器人的直行行为，通过控制机器人的线速度，使其沿直线前进指定的距离或时间。
关键方法：
● configure(): 配置直行行为，加载线速度和前进时间/距离参数。
● execute(): 执行直行动作，发布线速度指令直到达到目标。
● cancel(): 取消直行动作，停止发布速度指令。
示例代码：
#include “nav2_behaviors/navigate_straight.hpp”
#include “geometry_msgs/msg/twist.hpp”

namespace nav2_behaviors
{

NavigateStraight::NavigateStraight()
target_distance_(1.0), linear_speed_(0.5), moving_(false), start_time_(0.0)
{
}

NavigateStraight::~NavigateStraight()
{
}

void NavigateStraight::configure(const rclcpp::Node::SharedPtr & node, const std::string & name)
{
node_ = node;
name_ = name;

node_->declare_parameter(“linear_speed”, linear_speed_);
node_->declare_parameter(“target_distance”, target_distance_);

node_->get_parameter(“linear_speed”, linear_speed_);
node_->get_parameter(“target_distance”, target_distance_);

cmd_vel_pub_ = node_->create_publisher<geometry_msgs::msg::Twist>(“/cmd_vel”, 10);
}

void NavigateStraight::execute()
{
moving_ = true;
double current_distance = 0.0;
start_time_ = node_->now().seconds();

geometry_msgs::msg::Twist cmd_vel;
cmd_vel.linear.x = linear_speed_;

RCLCPP_INFO(node_->get_logger(), “开始直行，目标距离: %.2f 米”, target_distance_);

while (moving_ && current_distance < target_distance_) {
cmd_vel_pub_->publish(cmd_vel);
rclcpp::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));

double current_time = node_->now().seconds();
current_distance = linear_speed_ * (current_time - start_time_);

}

// 停止移动
cmd_vel.linear.x = 0.0;
cmd_vel_pub_->publish(cmd_vel);

moving_ = false;
RCLCPP_INFO(node_->get_logger(), “已到达目标距离: %.2f 米”, target_distance_);
}

void NavigateStraight::cancel()
{
moving_ = false;
geometry_msgs::msg::Twist cmd_vel;
cmd_vel.linear.x = 0.0;
cmd_vel_pub_->publish(cmd_vel);
RCLCPP_WARN(node_->get_logger(), “直行行为已取消”);
}

} // namespace nav2_behaviors
1.3 关键类和接口
1.3.1 BehaviorBase
BehaviorBase 类作为所有导航行为的基类，提供了统一的接口和基础功能，确保不同行为类之间的一致性和可扩展性。
主要成员变量：
● node_: 指向ROS节点的共享指针，用于参数获取和日志记录。
● name_: 行为的名称，用于配置和管理。
主要功能：

  1. 配置：
    ○ 加载并初始化行为所需的参数。
    ○ 设置ROS接口，如发布器和订阅器。
  2. 行为执行：
    ○ 处理具体行为的执行逻辑，通过继承实现不同的行为。
  3. 行为取消：
    ○ 提供取消行为的接口，以便在需要时中断当前执行的行为。
    1.3.2 NavigateRotate
    NavigateRotate 类实现了机器人旋转的行为，通过控制机器人发布旋转速度指令，使其旋转到指定的目标角度。
    主要成员变量：
    ● target_angle_: 目标旋转角度（弧度）。
    ● rotation_speed_: 旋转速度（弧度/秒）。
    ● rotating_: 标志变量，指示是否正在旋转。
    ● cmd_vel_pub_: ROS发布器，用于发布速度指令。
    主要功能：
  4. 初始化与配置：
    ○ 加载旋转相关参数，如目标角度和旋转速度。
    ○ 设置ROS发布器，用于发布旋转控制指令。
  5. 旋转执行：
    ○ 计算当前角度与目标角度的差值。
    ○ 发布相应的旋转速度指令，直到达到目标角度。
    ○ 停止旋转，确保机器人不再继续旋转。
  6. 行为取消：
    ○ 停止发布旋转速度指令，停止旋转动作。
    1.3.3 NavigateStraight
    NavigateStraight 类实现了机器人直行的行为，通过控制机器人发布线速度指令，使其沿直线前进指定的距离或时间。
    主要成员变量：
    ● target_distance_: 目标前进距离（米）。
    ● linear_speed_: 线速度（米/秒）。
    ● moving_: 标志变量，指示是否正在直行。
    ● start_time_: 行为开始的时间点。
    ● cmd_vel_pub_: ROS发布器，用于发布速度指令。
    主要功能：
  7. 初始化与配置：
    ○ 加载直行相关参数，如目标距离和线速度。
    ○ 设置ROS发布器，用于发布直行动作的速度指令。
  8. 直行动作执行：
    ○ 计算已移动的距离。
    ○ 发布相应的线速度指令，直到达到目标距离。
    ○ 停止移动，确保机器人不再继续前进。
  9. 行为取消：
    ○ 停止发布线速度指令，停止直行动作。
    1.4 使用示例
    以下是如何集成和使用 nav2_behaviors 模块的示例，展示如何配置和执行旋转与直行行为：
    #include “nav2_behaviors/navigate_rotate.hpp”
    #include “nav2_behaviors/navigate_straight.hpp”
    #include “rclcpp/rclcpp.hpp”

int main(int argc, char ** argv)
{
rclcpp::init(argc, argv);
auto node = std::make_sharedrclcpp::Node(“behaviors_example_node”);

// 初始化旋转行为
nav2_behaviors::NavigateRotate rotate_behavior;
rotate_behavior.configure(node, “rotate_behavior”);

// 初始化直行行为
nav2_behaviors::NavigateStraight straight_behavior;
straight_behavior.configure(node, “straight_behavior”);

// 执行旋转行为
double target_angle = M_PI / 2; // 90度
rotate_behavior.execute();

// 执行直行行为
double target_distance = 2.0; // 2米
straight_behavior.execute();

rclcpp::spin(node);
rclcpp::shutdown();
return 0;
}
2. controller
controller 模块负责实现机器人导航过程中的控制逻辑，包括速度指令的生成与执行。该模块通常与局部规划器紧密结合，通过处理来自局部规划器的路径信息，生成实际的运动控制指令，指导机器人沿路径移动。
目录结构概述
controller/
├── include/
│ └── nav2_controller/
│ ├── controller_base.hpp
│ ├── velocity_smoother.hpp
│ ├── controller_server.hpp
│ └── …
├── src/
│ ├── controller_base.cpp
│ ├── velocity_smoother.cpp
│ ├── controller_server.cpp
│ └── …
├── CMakeLists.txt
└── package.xml
详细说明
2.1 include/nav2_controller/
此目录包含了 controller 模块的头文件，定义了控制器的基类、速度平滑器和控制服务器等组件的接口。
● controller_base.hpp定义了 ControllerBase 类，作为所有控制器的基类，提供统一的接口和基础功能。
● velocity_smoother.hpp定义了 VelocitySmoother 类，用于平滑控制指令，确保速度指令的连续性和稳定性。
● controller_server.hpp定义了 ControllerServer 类，负责与ROS系统交互，接收规划器的路径指令并生成控制指令。
2.2 src/
此目录包含了 controller 模块的源代码，实现了各类控制器组件的具体逻辑。
2.2.1 controller_base.cpp
功能概述：
ControllerBase 类作为所有控制器的基类，提供了统一的接口和基础功能，确保不同控制器之间的一致性和可扩展性。
关键方法：
● configure(): 配置控制器，包括加载参数和初始化资源。
● computeControl(): 计算并返回控制指令。
● cancel(): 取消当前控制指令的执行。
示例代码：
#pragma once

#include “rclcpp/rclcpp.hpp”
#include “geometry_msgs/msg/twist.hpp”

namespace nav2_controller
{

class ControllerBase
{
public:
ControllerBase();
virtual ~ControllerBase();

virtual void configure(const rclcpp::Node::SharedPtr & node, const std::string & name) = 0;
virtual geometry_msgs::msg::Twist computeControl() = 0;
virtual void cancel() = 0;

protected:
rclcpp::Node::SharedPtr node_;
std::string name_;
};

} // namespace nav2_controller
2.2.2 velocity_smoother.cpp
功能概述：
VelocitySmoother 类实现了控制指令的平滑处理，通过限制速度变化率和加速度，确保机器人的运动指令平稳且符合物理限制，避免运动过程中的震动和不稳定。
关键方法：
● smooth(): 对输入的速度指令进行平滑处理，返回平滑后的速度指令。
● setParameters(): 设置平滑参数，如最大加速度和速度变化率。
示例代码：
#include “nav2_controller/velocity_smoother.hpp”

namespace nav2_controller
{

VelocitySmoother::VelocitySmoother()
max_acceleration_(0.5), max_jerk_(1.0), prev_cmd_vel_({0.0, 0.0, 0.0})
{
}

VelocitySmoother::~VelocitySmoother()
{
}

void VelocitySmoother::configure(const rclcpp::Node::SharedPtr & node, const std::string & name)
{
node_ = node;
name_ = name;

node_->declare_parameter(“max_acceleration”, max_acceleration_);
node_->declare_parameter(“max_jerk”, max_jerk_);

node_->get_parameter(“max_acceleration”, max_acceleration_);
node_->get_parameter(“max_jerk”, max_jerk_);
}

geometry_msgs::msg::Twist VelocitySmoother::smooth(const geometry_msgs::msg::Twist & cmd_vel)
{
geometry_msgs::msg::Twist smooth_vel = cmd_vel;

// 计算线速度变化
double delta_vx = cmd_vel.linear.x - prev_cmd_vel_.linear.x;
double delta_vy = cmd_vel.linear.y - prev_cmd_vel_.linear.y;
double delta_wz = cmd_vel.angular.z - prev_cmd_vel_.angular.z;

// 限制加速度
if (std::abs(delta_vx) > max_acceleration_) {
smooth_vel.linear.x = prev_cmd_vel_.linear.x + ((delta_vx > 0) ? max_acceleration_ : -max_acceleration_);
}
if (std::abs(delta_vy) > max_acceleration_) {
smooth_vel.linear.y = prev_cmd_vel_.linear.y + ((delta_vy > 0) ? max_acceleration_ : -max_acceleration_);
}
if (std::abs(delta_wz) > max_acceleration_) {
smooth_vel.angular.z = prev_cmd_vel_.angular.z + ((delta_wz > 0) ? max_acceleration_ : -max_acceleration_);
}

// 更新前一次速度指令
prev_cmd_vel_ = smooth_vel;

return smooth_vel;
}

} // namespace nav2_controller
2.2.3 controller_server.cpp
功能概述：
ControllerServer 类是控制器模块的核心，负责与ROS系统交互，接收来自局部规划器的路径指令，调用控制器计算控制指令，并将其发布到ROS主题以驱动机器人。
关键方法：
● configure(): 配置控制器服务器，初始化发布器和订阅器。
● updateControl(): 处理路径指令，计算控制指令并发布。
● shutdown(): 关闭控制器服务器，清理资源。
示例代码：
#include “nav2_controller/controller_server.hpp”
#include “nav2_controller/velocity_smoother.hpp”

namespace nav2_controller
{

ControllerServer::ControllerServer()
smoother_(std::make_shared()), active_(false)
{
}

ControllerServer::~ControllerServer()
{
shutdown();
}

void ControllerServer::configure(const rclcpp::Node::SharedPtr & node, const std::string & name)
{
node_ = node;
name_ = name;

// 初始化速度平滑器
smoother_->configure(node_, name_ + “.velocity_smoother”);

// 初始化控制指令发布器
cmd_vel_pub_ = node_->create_publisher<geometry_msgs::msg::Twist>(“/cmd_vel”, 10);

// 订阅局部规划器的路径指令
path_sub_ = node_->create_subscription<nav_msgs::msg::Path>(
“/local_planner/path”, 10,
std::bind(&ControllerServer::pathCallback, this, std::placeholders::_1));

active_ = true;
}

void ControllerServer::pathCallback(const nav_msgs::msg::Path::SharedPtr msg)
{
if (!active_) {
return;
}

// 从路径中提取目标速度，实际实现可能更复杂
geometry_msgs::msg::Twist goal_vel;
if (!msg->poses.empty()) {
// 假设最后一个路径点的速度作为目标速度
// 实际情况需根据全局规划器和局部规划器的实现调整
// 这里使用示例值
goal_vel.linear.x = 0.5;
goal_vel.angular.z = 0.1;
}

// 计算控制指令
geometry_msgs::msg::Twist cmd_vel = smoother_->smooth(goal_vel);

// 发布控制指令
cmd_vel_pub_->publish(cmd_vel);
}

geometry_msgs::msg::Twist ControllerServer::computeControl()
{
// 这里可以实现更复杂的控制逻辑
// 目前通过回调直接发布控制指令
geometry_msgs::msg::Twist cmd_vel;
return cmd_vel;
}

void ControllerServer::shutdown()
{
if (active_) {
path_sub_.reset();
cmd_vel_pub_.reset();
active_ = false;
}
}

} // namespace nav2_controller
2.3 关键类和接口
2.3.1 ControllerBase
ControllerBase 类作为所有控制器的基类，提供了统一的接口和基础功能，确保不同控制器之间的一致性和可扩展性。
主要成员变量：
● node_: 指向ROS节点的共享指针，用于参数获取和日志记录。
● name_: 控制器的名称，用于配置和管理。
主要功能：

  1. 配置：
    ○ 加载并初始化控制器所需的参数。
    ○ 设置ROS接口，如发布器和订阅器。
  2. 控制指令计算：
    ○ 根据当前机器人状态和目标状态，计算并返回控制指令。
    ○ 提供接口以实现不同的控制策略。
  3. 行为取消：
    ○ 提供取消控制指令的接口，以便在需要时中断当前执行的控制动作。
    2.3.2 VelocitySmoother
    VelocitySmoother 类实现了控制指令的平滑处理，通过限制速度变化率和加速度，确保速度指令的连续性和稳定性，避免运动过程中的震动和不稳定。
    主要成员变量：
    ● max_acceleration_: 最大允许的加速度（米/秒²）。
    ● max_jerk_: 最大允许的加速度变化率（米/秒³）。
    ● prev_cmd_vel_: 前一次发布的速度指令，用于计算速度变化。
    ● node_: 指向ROS节点的共享指针，用于参数获取和日志记录。
    主要功能：
  4. 初始化与配置：
    ○ 加载速度平滑相关参数，如最大加速度和速度变化率。
    ○ 设置ROS接口，如发布器和订阅器。
  5. 速度指令平滑：
    ○ 接收目标速度指令，计算与前一次速度指令的差值。
    ○ 限制速度变化率和加速度，生成平滑后的速度指令。
    ○ 更新前一次速度指令，以便下一次平滑处理。
    2.3.3 ControllerServer
    ControllerServer 类是控制器模块的核心，负责与ROS系统交互，接收来自局部规划器的路径指令，调用控制器计算控制指令，并将其发布到ROS主题以驱动机器人。
    主要成员变量：
    ● node_: 指向ROS节点的共享指针，用于参数获取和日志记录。
    ● name_: 控制器服务器的名称，用于配置和管理。
    ● smoother_: 指向 VelocitySmoother 类实例的共享指针，负责速度平滑处理。
    ● cmd_vel_pub_: ROS发布器，用于发布控制指令。
    ● path_sub_: ROS订阅器，用于接收局部规划器的路径指令。
    ● active_: 标志变量，指示控制器服务器是否处于活动状态。
    主要功能：
  6. 初始化与配置：
    ○ 加载并初始化控制器参数。
    ○ 初始化速度平滑器。
    ○ 设置ROS发布器和订阅器，用于发布控制指令和接收路径指令。
  7. 控制指令处理：
    ○ 接收来自局部规划器的路径指令。
    ○ 调用速度平滑器处理目标速度指令，生成平滑后的控制指令。
    ○ 发布控制指令至ROS主题，以驱动机器人运动。
  8. 控制器服务器管理：
    ○ 管理控制器服务器的生命周期，包括启动、运行和关闭。
    ○ 提供接口进行资源清理和行为取消。
    2.4 使用示例
    以下是如何集成和使用 controller 模块的示例，展示如何配置和执行控制指令：
    #include “nav2_controller/controller_server.hpp”
    #include “nav2_controller/velocity_smoother.hpp”
    #include “rclcpp/rclcpp.hpp”

int main(int argc, char ** argv)
{
rclcpp::init(argc, argv);
auto node = std::make_sharedrclcpp::Node(“controller_example_node”);

// 初始化控制器服务器
nav2_controller::ControllerServer controller_server;
controller_server.configure(node, “controller_server”);

rclcpp::spin(node);

// 关闭控制器服务器
controller_server.shutdown();
rclcpp::shutdown();
return 0;
}
3. lifecycle_manager
lifecycle_manager 模块负责管理ROS节点的生命周期，协调多个ROS节点的启动、运行和关闭，确保整个导航系统的稳定性和一致性。通过管理节点的生命周期，lifecycle_manager 提供了机制来控制节点的初始化、激活、停用和清理过程。
目录结构概述
lifecycle_manager/
├── include/
│ └── lifecycle_manager/
│ ├── lifecycle_manager_client.hpp
│ ├── lifecycle_manager.hpp
│ └── …
├── src/
│ ├── lifecycle_manager_client.cpp
│ ├── lifecycle_manager.cpp
│ └── …
├── CMakeLists.txt
└── package.xml
详细说明
3.1 include/lifecycle_manager/
此目录包含了 lifecycle_manager 模块的头文件，定义了生命周期管理器和客户端的接口。
● lifecycle_manager.hpp定义了 LifecycleManager 类，负责管理多个ROS节点的生命周期状态。
● lifecycle_manager_client.hpp定义了 LifecycleManagerClient 类，作为其他节点与生命周期管理器交互的客户端接口。
3.2 src/
此目录包含了 lifecycle_manager 模块的源代码，实现了生命周期管理器和客户端的具体逻辑。
3.2.1 lifecycle_manager.cpp
功能概述：
LifecycleManager 类负责管理多个ROS节点的生命周期状态，通过协调节点的初始化、激活、停用和清理过程，确保整个系统的稳定运行。
关键方法：
● addNode(): 添加需要管理生命周期的ROS节点。
● activateNodes(): 激活所有管理的节点。
● deactivateNodes(): 停用所有管理的节点。
● shutdownNodes(): 清理并关闭所有管理的节点。
示例代码：
#pragma once

#include “rclcpp/rclcpp.hpp”
#include “nav2_util/lifecycle_service_client.hpp”
#include
#include

namespace lifecycle_manager
{

class LifecycleManager : public rclcpp::Node
{
public:
LifecycleManager();
~LifecycleManager();

void addNode(const std::string & node_name);
void activateNodes();
void deactivateNodes();
void shutdownNodes();

private:
std::vector<nav2_util::LifecycleServiceClient::SharedPtr> managed_nodes_;
};

} // namespace lifecycle_manager
#include “lifecycle_manager/lifecycle_manager.hpp”
#include “rclcpp/rclcpp.hpp”
#include “lifecycle_msgs/msg/state.hpp”

namespace lifecycle_manager
{

LifecycleManager::LifecycleManager()
Node(“lifecycle_manager”)
{
// 在此可以添加参数加载和其他初始化操作
}

LifecycleManager::~LifecycleManager()
{
shutdownNodes();
}

void LifecycleManager::addNode(const std::string & node_name)
{
auto client = std::make_shared<nav2_util::LifecycleServiceClient>(node_, node_name);
managed_nodes_.push_back(client);
}

void LifecycleManager::activateNodes()
{
for (auto & client : managed_nodes_) {
if (client->getState().id != lifecycle_msgs::msg::State::PRIMARY_STATE_ACTIVE) {
client->activate();
}
}
}

void LifecycleManager::deactivateNodes()
{
for (auto & client : managed_nodes_) {
if (client->getState().id == lifecycle_msgs::msg::State::PRIMARY_STATE_ACTIVE) {
client->deactivate();
}
}
}

void LifecycleManager::shutdownNodes()
{
for (auto & client : managed_nodes_) {
client->shutdown();
}
}

} // namespace lifecycle_manager
3.2.2 lifecycle_manager_client.cpp
功能概述：
LifecycleManagerClient 类作为其他节点与 LifecycleManager 交互的客户端接口，提供了添加节点、激活节点、停用节点和关闭节点的功能。
关键方法：
● initialize(): 初始化生命周期管理客户端，与 LifecycleManager 建立连接。
● addManagedNode(): 向 LifecycleManager 添加需要管理生命周期的节点。
示例代码：
#pragma once

#include “rclcpp/rclcpp.hpp”

namespace lifecycle_manager
{

class LifecycleManagerClient
{
public:
LifecycleManagerClient(const rclcpp::Node::SharedPtr & node);
~LifecycleManagerClient();

void addManagedNode(const std::string & node_name);
void activateAll();
void deactivateAll();
void shutdownAll();

private:
rclcpp::Node::SharedPtr node_;
std::vectorstd::string nodes_to_manage_;
};

} // namespace lifecycle_manager
#include “lifecycle_manager/lifecycle_manager_client.hpp”
#include “lifecycle_manager/lifecycle_manager.hpp”

namespace lifecycle_manager
{

LifecycleManagerClient::LifecycleManagerClient(const rclcpp::Node::SharedPtr & node)
node_(node)
{
}

LifecycleManagerClient::~LifecycleManagerClient()
{
}

void LifecycleManagerClient::addManagedNode(const std::string & node_name)
{
// 通过服务调用或其他机制，将节点名称添加到LifecycleManager中
// 这里假设LifecycleManager已经在同一进程中运行
// 实际实现可能需要IPC或服务调用
}

void LifecycleManagerClient::activateAll()
{
// 调用LifecycleManager的激活方法
}

void LifecycleManagerClient::deactivateAll()
{
// 调用LifecycleManager的停用方法
}

void LifecycleManagerClient::shutdownAll()
{
// 调用LifecycleManager的关闭方法
}

} // namespace lifecycle_manager
3.3 关键类和接口
3.3.1 LifecycleManager
LifecycleManager 类负责管理多个ROS节点的生命周期状态，通过协调节点的初始化、激活、停用和清理过程，确保整个系统的稳定运行。
主要成员变量：
● managed_nodes_: 存储所有被管理的节点的生命周期服务客户端。
主要功能：

  1. 节点管理：
    ○ 添加需要管理生命周期的节点。
    ○ 启动和关闭节点的生命周期状态。
  2. 生命周期控制：
    ○ 激活所有管理的节点，使其进入活动状态。
    ○ 停用所有管理的节点，使其进入不活动状态。
    ○ 关闭所有管理的节点，进行清理和资源释放。
    3.3.2 LifecycleManagerClient
    LifecycleManagerClient 类作为其他节点与 LifecycleManager 交互的客户端接口，提供了添加节点、激活节点、停用节点和关闭节点的功能。
    主要成员变量：
    ● node_: 指向ROS节点的共享指针，用于与 LifecycleManager 交互。
    ● nodes_to_manage_: 存储需要管理生命周期的节点名称列表。
    主要功能：
  3. 初始化与配置：
    ○ 初始化生命周期管理客户端，与 LifecycleManager 建立连接。
  4. 节点管理接口：
    ○ 向 LifecycleManager 添加需要管理生命周期的节点。
    ○ 提供接口以激活、停用和关闭所有管理的节点。
    3.3.3 LifecycleManager
    LifecycleManager 类是生命周期管理的核心，负责统一管理多个ROS节点的生命周期状态，通过协调节点的初始化、激活、停用和清理过程，确保整个导航系统的稳定性和一致性。
    主要成员变量：
    ● managed_nodes_: 存储所有被管理的节点的生命周期服务客户端。
    主要功能：
  5. 节点添加与管理：
    ○ 允许动态添加需要管理生命周期的节点。
  6. 生命周期状态控制：
    ○ 激活所有管理的节点，使其进入活动状态。
    ○ 停用所有管理的节点，使其进入不活动状态。
    ○ 关闭所有管理的节点，进行资源清理和释放。
  7. 资源管理：
    ○ 保证在系统关闭或重新配置时，所有管理的节点能够正确地进行生命周期转换，避免资源泄漏和不一致状态。
    3.4 使用示例
    以下是如何集成和使用 lifecycle_manager 模块的示例，展示如何配置和管理多个ROS节点的生命周期：
    #include “lifecycle_manager/lifecycle_manager.hpp”
    #include “nav2_core/planner_base.hpp”
    #include “nav2_core/controller.hpp”
    #include “rclcpp/rclcpp.hpp”

int main(int argc, char ** argv)
{
rclcpp::init(argc, argv);
auto node = std::make_sharedrclcpp::Node(“lifecycle_manager_example_node”);

// 初始化生命周期管理器
lifecycle_manager::LifecycleManager lifecycle_manager;

// 添加需要管理生命周期的节点
lifecycle_manager.addNode(“planner_server”);
lifecycle_manager.addNode(“controller_server”);
lifecycle_manager.addNode(“costmap_2d”);

// 激活所有节点
lifecycle_manager.activateNodes();

rclcpp::spin(node);

// 关闭所有节点
lifecycle_manager.shutdownNodes();
rclcpp::shutdown();
return 0;
}
总结
nav2_behaviors、controller 和 lifecycle_manager 是 navigation2-main 项目中至关重要的三个模块，分别负责实现各类导航行为、控制逻辑和生命周期管理。通过详细解析这三个模块的文件夹结构和源代码实现，我们可以更深入地理解Navigation2的工作原理和设计理念。
关键点回顾

  1. nav2_behaviors 模块：
    ○ 导航行为实现：提供了多种导航行为，如旋转和直行，帮助机器人执行复杂的运动任务。
    ○ 基类与继承：通过基类 BehaviorBase 提供统一的接口，确保不同导航行为的一致性和可扩展性。
    ○ ROS接口集成：与ROS系统紧密结合，通过发布速度指令控制机器人运动。
  2. controller 模块：
    ○ 控制逻辑实现：负责生成和执行控制指令，确保机器人沿预定路径平稳移动。
    ○ 速度平滑处理：通过 VelocitySmoother 类实现控制指令的平滑处理，提升运动的稳定性。
    ○ ROS接口整合：通过订阅路径指令和发布控制指令，协调局部规划器与机器人运动。
  3. lifecycle_manager 模块：
    ○ 生命周期管理：统一管理多个ROS节点的生命周期状态，确保系统的稳定性和一致性。
    ○ 节点协调：通过 LifecycleManager 类协调节点的初始化、激活、停用和关闭过程。
    ○ 资源管理：避免资源泄漏和不一致状态，通过生命周期管理确保系统高效运行。
    通过对这三个模块的深入理解，开发者可以更有效地定制和优化导航系统，满足不同应用场景下的需求。同时，这种模块化和分层设计也为系统的扩展和维护提供了坚实的基础。
    如果需要进一步了解具体的实现细节和高级功能，建议参考各模块的源代码和官方文档，结合实际项目需求进行深入学习和实践。

标签：node,模块,cmd,manager,节点,controller,behavior,vel,lifecycle
From： https://blog.csdn.net/u011027104/article/details/142521079

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