管理大型项目

目标学习使用 ROS 2 启动文件管理大型项目的最佳实践。

辅导水平： 中级

时间 20 分钟

背景介绍 

本教程介绍了为大型项目编写启动文件的一些技巧。重点在于如何构建启动文件，以便在不同情况下尽可能重复使用。此外，它还涵盖了不同 ROS 2 启动工具的使用示例，如参数、YAML 文件、重映射、命名空间、默认参数和 RViz 配置。

先决条件 

本教程使用海龟和乌龟_tf2_py 软件包。本教程还假设您已创建了一个新软件包建筑类型 ament_python 人称 启动教程.

机器人上的大型应用通常涉及多个相互连接的节点，每个节点都可能有许多参数。乌龟模拟器中对多只乌龟的模拟就是一个很好的例子。乌龟模拟由多个乌龟节点、世界配置以及 TF 广播员和监听员节点组成。在所有节点之间，有大量的 ROS 参数会影响这些节点的行为和外观。ROS 2 启动文件允许我们在一个地方启动所有节点并设置相应参数。本教程结束时，您将建立 launch_turtlesim_launch.py 启动文件中的 启动教程 软件包。该启动文件将调出不同的节点，负责模拟两个 turtlesim 仿真、启动 TF 广播器和监听器、加载参数并启动 RViz 配置。在本教程中，我们将详细介绍该启动文件及其使用的所有相关功能。

编写启动文件 

1 最高级别组织 

在编写启动文件的过程中，其中一个目的应该是使文件尽可能可重复使用。为此，可以将相关节点和配置集群到单独的启动文件中。之后，可以编写一个专门用于特定配置的顶级启动文件。这样就可以在完全不改变启动文件的情况下，在相同的机器人之间进行移动。即使是从真实机器人转到模拟机器人这样的改变，也只需少量改动即可完成。

现在，我们将介绍实现这一点的顶层启动文件结构。首先，我们将创建一个启动文件，该文件将调用不同的启动文件。为此，让我们创建一个 launch_turtlesim_launch.py 文件中的 /启动 文件夹中的 启动教程 包装

舶来品 os

从 ament_index_python.packages 舶来品 获取软件包共享目录

从 启动 舶来品 启动说明
从 launch.actions 舶来品 包含启动描述
从 launch.launch_description_sources 舶来品 PythonLaunchDescriptionSource


捍卫 生成发射描述():
   乌龟模拟世界_1 = 包含启动描述(
      PythonLaunchDescriptionSource([os.路.加入(
         获取软件包共享目录('launch_tutorial'；), 'launch'；),
         '/turtlesim_world_1_launch.py'；])
      )
   乌龟模拟世界_2 = 包含启动描述(
      PythonLaunchDescriptionSource([os.路.加入(
         获取软件包共享目录('launch_tutorial'；), 'launch'；),
         '/turtlesim_world_2_launch.py'；])
      )
   广播员收听节点 = 包含启动描述(
      PythonLaunchDescriptionSource([os.路.加入(
         获取软件包共享目录('launch_tutorial'；), 'launch'；),
         '/broadcaster_listener_launch.py'；]),
      启动参数={'target_frame': 'carrot1'；}.项目(),
      )
   模仿节点 = 包含启动描述(
      PythonLaunchDescriptionSource([os.路.加入(
         获取软件包共享目录('launch_tutorial'；), 'launch'；),
         '/mimic_launch.py'；])
      )
   固定边框节点 = 包含启动描述(
      PythonLaunchDescriptionSource([os.路.加入(
         获取软件包共享目录('launch_tutorial'；), 'launch'；),
         '/fixed_broadcaster_launch.py'；])
      )
   rviz_node = 包含启动描述(
      PythonLaunchDescriptionSource([os.路.加入(
         获取软件包共享目录('launch_tutorial'；), 'launch'；),
         '/turtlesim_rviz_launch.py'；])
      )

   返回 启动说明([
      乌龟模拟世界_1,
      乌龟模拟世界_2,
      广播员收听节点,
      模仿节点,
      固定边框节点,
      rviz_node
   ])

该启动文件包含一组其他启动文件。每个包含的启动文件都包含节点、参数和可能的嵌套包含，它们与系统的某个部分有关。确切地说，我们启动了两个 turtlesim 模拟世界、TF 广播器、TF 监听器、模仿器、固定帧广播器和 RViz 节点。

备注

设计提示：顶层启动文件应简短，包含与应用程序子组件相对应的其他文件和常用更改参数。

按照下面的方式编写启动文件，可以方便地更换系统的某一部分，我们稍后会看到。不过，在某些情况下，由于性能和使用原因，某些节点或启动文件必须单独启动。

备注

设计提示：在决定应用程序需要多少个顶级启动文件时，请注意权衡利弊。

2 个参数 

2.1 在启动文件中设置参数 

首先，我们将编写一个启动文件，启动我们的第一个海龟模拟。首先，创建一个名为 turtlesim_world_1_launch.py.

从 启动 舶来品 启动说明
从 launch.actions 舶来品 声明启动参数
从 launch.substitutions 舶来品 启动配置, 文本替换

从 launch_ros.actions 舶来品 节点


捍卫 生成发射描述():
   背景_r_启动参数 = 声明启动参数(
      'background_r', 默认值=文本替换(文本='0')
   )
   背景_g_launch_arg = 声明启动参数(
      'background_g', 默认值=文本替换(文本='84')
   )
   背景_b_启动参数 = 声明启动参数(
      'background_b', 默认值=文本替换(文本='122')
   )

   返回 启动说明([
      背景_r_启动参数,
      背景_g_launch_arg,
      背景_b_启动参数,
      节点(
         包装='turtlesim'；,
         可执行='turtlesim_node',
         名字='sim'；,
         参数=[{
            'background_r': 启动配置('background_r'),
            'background_g': 启动配置('background_g'),
            'background_b': 启动配置('background_b'),
         }]
      ),
   ])

该启动文件将启动 海龟模拟节点 节点启动 turtlesim 仿真，并将仿真配置参数定义并传递给各节点。

2.2 从 YAML 文件加载参数 

在第二次启动中，我们将以不同的配置启动第二个海龟模拟。现在创建一个 turtlesim_world_2_launch.py 锉刀

舶来品 os

从 ament_index_python.packages 舶来品 获取软件包共享目录

从 启动 舶来品 启动说明
从 launch_ros.actions 舶来品 节点


捍卫 生成发射描述():
   配置 = os.路.加入(
      获取软件包共享目录('launch_tutorial'；),
      'config'；,
      'turtlesim.yaml'；
      )

   返回 启动说明([
      节点(
         包装='turtlesim'；,
         可执行='turtlesim_node',
         命名空间='turtlesim2'；,
         名字='sim'；,
         参数=[配置]
      )
   ])

该启动文件将启动与 海龟模拟节点 参数值直接从 YAML 配置文件中加载。在 YAML 文件中定义参数，可以方便地存储和加载大量变量。此外，YAML 文件还可以轻松地从当前的 玫瑰2 停止 列表。要了解如何做到这一点，请参阅了解参数教程。

现在让我们创建一个配置文件、 turtlesim.yaml在 /config 文件夹，我们的启动文件将加载该文件夹。

/turtlesim2/sim:
   参数:
      背景_b: 255
      背景_g: 86
      背景_r: 150

如果我们现在启动 turtlesim_world_2_launch.py 启动文件，我们将启动 海龟模拟节点 预设背景颜色。

要了解有关使用参数和 YAML 文件的更多信息，请参阅了解参数教程。

2.3 在 YAML 文件中使用通配符 

有时，我们希望在多个节点中设置相同的参数。这些节点可能具有不同的命名空间或名称，但仍具有相同的参数。分别定义明确定义名称空间和节点名称的 YAML 文件并不高效。一种解决方案是使用通配符（可替代文本值中的未知字符），将参数应用于多个不同的节点。

现在，让我们创建一个新的 turtlesim_world_3_launch.py 文件，类似于 turtlesim_world_2_launch.py 增加一个 海龟模拟节点 节点。

...
节点(
   包装='turtlesim'；,
   可执行='turtlesim_node',
   命名空间='turtlesim3'；,
   名字='sim'；,
   参数=[配置]
)

但是，加载相同的 YAML 文件不会影响第三个 turtlesim 世界的外观。原因是它的参数存储在另一个命名空间中，如下图所示：

/turtlesim3/sim：
   背景_b
   背景_g
   背景_r

因此，我们可以使用通配符语法，而不是为使用相同参数的同一节点创建新配置。 /** 将为每个节点分配所有参数，尽管节点名称和命名空间不同。

我们现在将更新 turtlesim.yaml在 /config 文件夹的方式如下：

/**:
   参数:
      背景_b: 255
      背景_g: 86
      背景_r: 150

现在包括 turtlesim_world_3_launch.py 主启动文件中的启动描述。在我们的启动描述中使用该配置文件将分配 背景_b, 背景_g和 背景_r 中指定的参数值。 turtlesim3/sim 和 turtlesim2/sim 节点。

3 命名空间 

您可能已经注意到，我们在 turtlesim_world_2_launch.py 文件。唯一命名空间允许系统启动两个相似的节点，而不会出现节点名称或主题名称冲突。

命名空间='turtlesim2'；,

但是，如果启动文件包含大量节点，为每个节点定义命名空间就会变得繁琐。为了解决这个问题，可以使用 PushROSNamespace 操作可用于为每个启动文件描述定义全局命名空间。每个嵌套节点都将自动继承该命名空间。

为此，我们首先需要删除 namespace='turtlesim2' 从 turtlesim_world_2_launch.py 文件。之后，我们需要更新 launch_turtlesim_launch.py 包括以下几行：

从 launch.actions 舶来品 群组行动
从 launch_ros.actions 舶来品 PushROSNamespace

   ...
   乌龟模拟世界_2 = 包含启动描述(
      PythonLaunchDescriptionSource([os.路.加入(
         获取软件包共享目录('launch_tutorial'；), 'launch'；),
         '/turtlesim_world_2_launch.py'；])
      )
   turtlesim_world_2_with_namespace = 群组行动(
     行动=[
         PushROSNamespace('turtlesim2'；),
         乌龟模拟世界_2,
      ]
   )

最后，我们将 乌龟模拟世界_2 至 turtlesim_world_2_with_namespace 在 返回启动说明 声明。因此，在 turtlesim_world_2_launch.py 发射说明将有一个 turtlesim2 命名空间。

4 重复使用节点 

现在创建一个 broadcaster_listener_launch.py 锉刀

从 启动 舶来品 启动说明
从 launch.actions 舶来品 声明启动参数
从 launch.substitutions 舶来品 启动配置

从 launch_ros.actions 舶来品 节点


捍卫 生成发射描述():
   返回 启动说明([
      声明启动参数(
         'target_frame', 默认值='turtle1'；,
         描述='目标帧名称；
      ),
      节点(
         包装='turtle_tf2_py',
         可执行='turtle_tf2_broadcaster'；,
         名字='broadcaster1',
         参数=[
            {'turtlename'；: 'turtle1'；}
         ]
      ),
      节点(
         包装='turtle_tf2_py',
         可执行='turtle_tf2_broadcaster'；,
         名字='broadcaster2',
         参数=[
            {'turtlename'；: 'turtle2'；}
         ]
      ),
      节点(
         包装='turtle_tf2_py',
         可执行='turtle_tf2_listener',
         名字='听众'；,
         参数=[
            {'target_frame': 启动配置('target_frame')}
         ]
      ),
   ])

在该文件中，我们声明了 target_frame 启动参数，默认值为 乌龟1.默认值表示启动文件可以接收一个参数并转发给它的节点，或者在没有提供参数的情况下，将默认值传递给它的节点。

之后，我们使用 乌龟_TF2_播音员 在启动过程中使用不同的名称和参数重复两次节点。这样我们就可以复制同一个节点，而不会发生冲突。

我们还启动了 乌龟_tf2_监听器 节点，并设置其 target_frame 参数。

5 参数覆盖 

回想一下，我们把 broadcaster_listener_launch.py 文件。除此之外，我们还通过 target_frame 启动参数如下所示：

广播员收听节点 = 包含启动描述(
   PythonLaunchDescriptionSource([os.路.加入(
      获取软件包共享目录('launch_tutorial'；), 'launch'；),
      '/broadcaster_listener_launch.py'；]),
   启动参数={'target_frame': 'carrot1'；}.项目(),
   )

通过该语法，我们可以将默认的目标帧改为 胡萝卜1.如果您想 乌龟2 随后 乌龟1 而不是 胡萝卜1，只需删除定义 启动参数.这将分配 target_frame 的默认值，即 乌龟1.

6 重新映射 

现在创建一个 mimic_launch.py 锉刀

从 启动 舶来品 启动说明
从 launch_ros.actions 舶来品 节点


捍卫 生成发射描述():
   返回 启动说明([
      节点(
         包装='turtlesim'；,
         可执行='模仿'；,
         名字='模仿'；,
         重置=[
            ('/input/pose'；, '/turtle2/pose'),
            ('/output/cmd_vel'；, '/turtlesim2/turtle1/cmd_vel'；),
         ]
      )
   ])

该启动文件将启动 模仿 节点，该节点将向一只乌龟发出指令，让另一只乌龟跟随。该节点旨在接收主题上的目标姿势 /input/pose.在我们的案例中，我们希望将目标姿态从 /turtle2/pose 主题。最后，我们将 /output/cmd_vel 议题 /turtlesim2/turtle1/cmd_vel.这样 乌龟1 在我们的 turtlesim2 模拟世界将随之而来 乌龟2 在我们最初的海龟模拟世界中。

7 配置文件 

现在让我们创建一个名为 turtlesim_rviz_launch.py.

舶来品 os

从 ament_index_python.packages 舶来品 获取软件包共享目录

从 启动 舶来品 启动说明
从 launch_ros.actions 舶来品 节点


捍卫 生成发射描述():
   rviz_config = os.路.加入(
      获取软件包共享目录('turtle_tf2_py'),
      'rviz'；,
      'turtle_rviz.rviz'；
      )

   返回 启动说明([
      节点(
         包装='rviz2'；,
         可执行='rviz2'；,
         名字='rviz2'；,
         论点=['-d', rviz_config]
      )
   ])

该启动文件将使用在 乌龟_tf2_py 软件包。该 RViz 配置将设置世界框架，启用 TF 可视化，并以自上而下的视图启动 RViz。

8 环境变量 

现在让我们创建最后一个启动文件，名为 fixed_broadcaster_launch.py 在我们的包装中。

从 启动 舶来品 启动说明
从 launch.actions 舶来品 声明启动参数
从 launch.substitutions 舶来品 环境变量, 启动配置
从 launch_ros.actions 舶来品 节点


捍卫 生成发射描述():
   返回 启动说明([
      声明启动参数(
            'node_prefix',
            默认值=[环境变量('USER'；), '_'],
            描述='节点名称前缀'；
      ),
      节点(
            包装='turtle_tf2_py',
            可执行='fixed_frame_tf2_broadcaster'；,
            名字=[启动配置('node_prefix'), 'fixed_broadcaster'；],
      ),
   ])

该启动文件展示了在启动文件中调用环境变量的方式。环境变量可用于定义或推送命名空间，以区分不同电脑或机器人上的节点。

运行启动文件 

1 更新 setup.py 

开放 setup.py 并添加以下几行，以便将启动文件从 发射/ 文件夹和配置文件 config/ 将被安装。该系统 数据文件 字段现在应该是这样的：

舶来品 os
从 水珠 舶来品 水珠
从 设置工具 舶来品 设置
...

数据文件=[
      ...
      (os.路.加入('分享'；, 包名, 'launch'；),
         水珠(os.路.加入('launch'；, '*launch.[pxy][yma]*'))),
      (os.路.加入('分享'；, 包名, 'config'；),
         水珠(os.路.加入('config'；, '*.yaml'；))),
   ],

2 构建和运行 

要最终看到代码的结果，请使用以下命令构建软件包并启动顶层启动文件：

ros2 launch launch_tutorial launch_turtlesim_launch.py

现在您将看到两个海龟模拟开始了。第一个模拟中有两只海龟，第二个模拟中有一只。在第一个模拟中 乌龟2 诞生于世界的左下方。它的目标是 胡萝卜1 帧，该帧在 X 轴上相对于 乌龟1 镜框

"(《世界人权宣言》) 乌龟模拟2/乌龟1 的行为。 乌龟2.

如果您想控制 乌龟1运行远程操作节点。

ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

因此，您会看到类似的图片：

此外，RViz 应该已经启动。它将显示相对于 世界 帧，其原点位于左下角。

摘要 

在本教程中，您将了解到使用 ROS 2 启动文件管理大型项目的各种技巧和实践。