Launch:多节点启动与配置脚本

到目前为止,每当我们运行一个ROS节点,都需要打开一个新的终端运行一个命令。机器人系统中节点很多,每次都这样启动好麻烦呀。有没有一种方式可以一次性启动所有节点呢?答案当然是肯定的,那就是Launch启动文件,它是ROS系统中多节点启动与配置的一种脚本。

Launch文件

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这是一个完整的Launch文件,乍看上去,好像Python代码呀,没错,ROS2中的Launch文件就是基于Python描述的

Launch的核心目的是启动节点,我们在命令行中输入的各种参数,在Launch文件中,通过类似这样的很多代码模版,也可以进行配置,甚至还可以使用Python原有的编程功能,大大丰富了启动过程中的多样化配置。

Launch文件在ROS系统中出现的频次相当之高,它就像粘合剂一样,可以自由组装和配置各个节点,那如何编写或者阅读一个Launch文件呢,我们通过一系列例程带领大家来了解。

多节点启动

先来看看如何启动多个节点。

运行效果

启动终端,使用ros2中的launch命令来启动第一个launch文件示例:

$ ros2 launch learning_launch simple.launch.py

运行成功后,就可以在终端中看到发布者和订阅者两个节点的日志信息啦。

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文件解析

这两个节点是如何启动的呢?我们来分析下这个launch文件。

learning_launch/simple.launch.py

from launch import LaunchDescription           # launch文件的描述类
from launch_ros.actions import Node            # 节点启动的描述类

def generate_launch_description():             # 自动生成launch文件的函数
    return LaunchDescription([                 # 返回launch文件的描述信息
        Node(                                  # 配置一个节点的启动
            package='learning_topic',          # 节点所在的功能包
            executable='topic_helloworld_pub', # 节点的可执行文件
        ),
        Node(                                  # 配置一个节点的启动
            package='learning_topic',          # 节点所在的功能包
            executable='topic_helloworld_sub', # 节点的可执行文件名
        ),
    ])

命令行参数配置

我们使用ros2命令在终端中启动节点时,还可以在命令后配置一些传入程序的参数,使用launch文件一样可以做到。

运行效果

比如我们想要运行一个Rviz可视化上位机,并且加载某一个配置文件,使用命令行的话,是这样的:

$ ros2 run rviz2 rviz2 -d <PACKAGE-PATH>/rviz/turtle_rviz.rviz

命令后边还得跟一长串配置文件的路径,如果放在launch文件里,启动就优雅很多了:

$ ros2 launch learning_launch rviz.launch.py

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文件解析

命令行后边的参数是如何通过launch传入节点的呢?来看下这个launch文件。

learning_launch/rviz.launch.py

import os

from ament_index_python.packages import get_package_share_directory # 查询功能包路径的方法

from launch import LaunchDescription    # launch文件的描述类
from launch_ros.actions import Node     # 节点启动的描述类


def generate_launch_description():      # 自动生成launch文件的函数
   rviz_config = os.path.join(          # 找到配置文件的完整路径
      get_package_share_directory('learning_launch'),
      'rviz',
      'turtle_rviz.rviz'
      )

   return LaunchDescription([           # 返回launch文件的描述信息
      Node(                             # 配置一个节点的启动
         package='rviz2',               # 节点所在的功能包
         executable='rviz2',            # 节点的可执行文件名
         name='rviz2',                  # 对节点重新命名
         arguments=['-d', rviz_config]  # 加载命令行参数
      )
   ])

资源重映射

ROS社区中的资源非常多,当我们使用别人代码的时候,经常会发现通信的话题名称不太符合我们的要求,能否对类似的资源重新命名呢?

为了提高软件的复用性,ROS提供了资源重映射的机制,可以帮助我们解决类似的问题。

运行效果

启动一个终端,运行如下例程,很快会看到出现了两个小海龟仿真器界面;再打开一个终端,发布如下话题,让海龟1动起来,海龟2也会一起运动:


$ ros2 launch learning_launch rviz.launch.py
$ ros2 topic pub --rate 1 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 2.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z: 1.8}}"

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文件解析

为什么两个海龟都会动呢?这里要用到turtlesim功能包里另外一个节点,叫做mimic,它的功能是订阅某一个海龟的Pose位置,通过计算,变换成一个同样运动的速度指令,发布出去。

至于mimic节点订阅或者发布的话题名叫什么呢?我们就可以通过重映射修改成对应任意海龟的名字。

learning_launch/remapping.launch.py

from launch import LaunchDescription      # launch文件的描述类
from launch_ros.actions import Node       # 节点启动的描述类

def generate_launch_description():        # 自动生成launch文件的函数
    return LaunchDescription([            # 返回launch文件的描述信息
        Node(                             # 配置一个节点的启动
            package='turtlesim',          # 节点所在的功能包
            namespace='turtlesim1',       # 节点所在的命名空间
            executable='turtlesim_node',  # 节点的可执行文件名
            name='sim'                    # 对节点重新命名
        ),
        Node(                             # 配置一个节点的启动
            package='turtlesim',          # 节点所在的功能包
            namespace='turtlesim2',       # 节点所在的命名空间
            executable='turtlesim_node',  # 节点的可执行文件名
            name='sim'                    # 对节点重新命名
        ),
        Node(                             # 配置一个节点的启动
            package='turtlesim',          # 节点所在的功能包
            executable='mimic',           # 节点的可执行文件名
            name='mimic',                 # 对节点重新命名
            remappings=[                  # 资源重映射列表
                ('/input/pose', '/turtlesim1/turtle1/pose'),         # 将/input/pose话题名修改为/turtlesim1/turtle1/pose
                ('/output/cmd_vel', '/turtlesim2/turtle1/cmd_vel'),  # 将/output/cmd_vel话题名修改为/turtlesim2/turtle1/cmd_vel
            ]
        )
    ])

ROS参数设置

ROS系统中的参数,也可以在Launch文件中设置。

运行效果

启动一个终端,运行如下命令:

$ ros2 launch learning_launch parameters.launch.py

在启动的海龟仿真器中,我们看到背景颜色被改变了,这个颜色参数的设置就是在launch文件中完成的。

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文件解析

我们看下在launch文件中如何来设置参数的。

learning_launch/parameters.launch.py

from launch import LaunchDescription                   # launch文件的描述类
from launch.actions import DeclareLaunchArgument       # 声明launch文件内使用的Argument类
from launch.substitutions import LaunchConfiguration, TextSubstitution

from launch_ros.actions import Node                    # 节点启动的描述类


def generate_launch_description():                     # 自动生成launch文件的函数
   background_r_launch_arg = DeclareLaunchArgument(
      'background_r', default_value=TextSubstitution(text='0')     # 创建一个Launch文件内参数(arg)background_r
   )
   background_g_launch_arg = DeclareLaunchArgument(
      'background_g', default_value=TextSubstitution(text='84')    # 创建一个Launch文件内参数(arg)background_g
   )
   background_b_launch_arg = DeclareLaunchArgument(
      'background_b', default_value=TextSubstitution(text='122')   # 创建一个Launch文件内参数(arg)background_b
   )

   return LaunchDescription([                                      # 返回launch文件的描述信息
      background_r_launch_arg,                                     # 调用以上创建的参数(arg)
      background_g_launch_arg,
      background_b_launch_arg,
      Node(                                                        # 配置一个节点的启动
         package='turtlesim',
         executable='turtlesim_node',                              # 节点所在的功能包
         name='sim',                                               # 对节点重新命名
         parameters=[{                                             # ROS参数列表
            'background_r': LaunchConfiguration('background_r'),   # 创建参数background_r
            'background_g': LaunchConfiguration('background_g'),   # 创建参数background_g
            'background_b': LaunchConfiguration('background_b'),   # 创建参数background_b
         }]
      ),
   ])
Attention

launch文件中出现的argument和parameter,虽都译为“参数”,但含义不同: - argument:仅限launch文件内部使用,方便在launch中调用某些数值; - parameter:ROS系统的参数,方便在节点见使用某些数值。

加载参数文件

以上例程我们在launch文件中一个一个的设置参数,略显麻烦,当参数比较多的时候,建议使用参数文件进行加载。

learning_launch/parameters_yaml.launch.py

import os

from ament_index_python.packages import get_package_share_directory  # 查询功能包路径的方法

from launch import LaunchDescription   # launch文件的描述类
from launch_ros.actions import Node    # 节点启动的描述类


def generate_launch_description():     # 自动生成launch文件的函数
   config = os.path.join(              # 找到参数文件的完整路径
      get_package_share_directory('learning_launch'),
      'config',
      'turtlesim.yaml'
      )

   return LaunchDescription([          # 返回launch文件的描述信息
      Node(                            # 配置一个节点的启动
         package='turtlesim',          # 节点所在的功能包
         executable='turtlesim_node',  # 节点的可执行文件名
         namespace='turtlesim2',       # 节点所在的命名空间
         name='sim',                   # 对节点重新命名
         parameters=[config]           # 加载参数文件
      )
   ])

Launch文件包含

在复杂的机器人系统中,launch文件也会有很多,此时我们可以使用类似编程中的include机制,让launch文件互相包含。

文件解析

learning_launch/namespaces.launch.py

import os

from ament_index_python.packages import get_package_share_directory  # 查询功能包路径的方法

from launch import LaunchDescription                 # launch文件的描述类
from launch.actions import IncludeLaunchDescription  # 节点启动的描述类
from launch.launch_description_sources import PythonLaunchDescriptionSource
from launch.actions import GroupAction               # launch文件中的执行动作
from launch_ros.actions import PushRosNamespace      # ROS命名空间配置

def generate_launch_description():                   # 自动生成launch文件的函数
   parameter_yaml = IncludeLaunchDescription(        # 包含指定路径下的另外一个launch文件
      PythonLaunchDescriptionSource([os.path.join(
         get_package_share_directory('learning_launch'), 'launch'),
         '/parameters_nonamespace.launch.py'])
      )

   parameter_yaml_with_namespace = GroupAction(      # 对指定launch文件中启动的功能加上命名空间
      actions=[
         PushRosNamespace('turtlesim2'),
         parameter_yaml]
      )

   return LaunchDescription([                        # 返回launch文件的描述信息
      parameter_yaml_with_namespace
   ])

功能包编译配置


    ...

    data_files=[
        ('share/ament_index/resource_index/packages',
            ['resource/' + package_name]),
        ('share/' + package_name, ['package.xml']),
        (os.path.join('share', package_name, 'launch'), glob(os.path.join('launch', '*.launch.py'))),
        (os.path.join('share', package_name, 'config'), glob(os.path.join('config', '*.*'))),
        (os.path.join('share', package_name, 'rviz'), glob(os.path.join('rviz', '*.*'))),
    ],

    ...

参考链接

https://docs.ros.org/en/humble/Tutorials/Launch/Launch-Main.html

https://docs.ros.org/en/humble/Tutorials/Launch/Using-ROS2-Launch-For-Large-Projects.html

《ROS2入门21讲》视频公开课观看地址:https://class.guyuehome.com/detail/p_628f4288e4b01c509ab5bc7a/6