ROS通信架构简介
经典丶
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2019.12.30
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一、ROS通信简介

ROS的通信架构是ROS的灵魂,也是整个ROS正常运行的关键所在。ROS通信架构包括各种数据的处理,进程的运行,消息的传递等等。

ROS中最小的进程单元节点Node,和节点管理器Node master。ROS中的进程都是由很多的Node组成,并且由Node master来管理这些节点。

launch文件是ROS的“发动机”,管理着ROS的启动运行。

二、ROS通信架构

2.1、Node

在ROS的世界里,最小的进程单元就是节点(node)。一个软件包里可以有多个可执行文件,可执行文件在运行之后就成了一个进程(process),这个进程在ROS中就叫做节点。从程序角度来说,node就是一个可执行文件(通常为C++编译生成的可执行文件、Python脚本)被执行,加载到了内存之中;从功能角度来说,通常一个node负责者机器人的某一个单独的功能。由于机器人的功能模块非常复杂,我们往往不会把所有功能都集中到一个node上,而会采用分布式的方式,把鸡蛋放到不同的篮子里。例如有一个node来控制底盘轮子的运动,有一个node驱动摄像头获取图像,有一个node驱动激光雷达,有一个node根据传感器信息进行路径规划……这样做可以降低程序发生崩溃的可能性,试想一下如果把所有功能都写到一个程序中,模块间的通信、异常处理将会很麻烦。

2.2、Node Master

由于机器人的元器件很多,功能庞大,因此实际运行时往往会运行众多的node,负责感知世界、控制运动、决策和计算等功能。那么如何合理的进行调配、管理这些node?这就要利用ROS提供给我们的节点管理器master, master在整个网络通信架构里相当于管理中心,管理着各个node。node首先在master处进行注册,之后master会将该node纳入整个ROS程序中。node之间的通信也是先由master进行“牵线”,才能两两的进行点对点通信。当ROS程序启动时,第一步首先启动master,由节点管理器处理依次启动node。

2.3、启动master和node

当我们要启动ROS时,首先输入命令:

$ roscore

此时ROS master启动,同时启动的还有 rosoutparameter server ,其中 rosout 是负责日志输出的一个节点,其作用是告知用户当前系统的状态,包括输出系统的error、warning等等,并且将log记录于日志文件中, parameter server 即是参数服务器,它并不是一个node,而是存储参数配置的一个服务器,后文我们会单独介绍。每一次我们运行ROS的节点前,都需要把master启动起来,这样才能够让节点启动和注册。

master之后,节点管理器就开始按照系统的安排协调进行启动具体的节点。节点就是一个进程,只不过在ROS中它被赋予了专用的名字里——node。在第二章我们介绍了ROS的文件系统,我们知道一个package中存放着可执行文件,可执行文件是静态的,当系统执行这些可执行文件,将这些文件加载到内存中,它就成为了动态的node。具体启动node的语句是:

$ rosrun pkg_name node_name

通常我们运行ROS,就是按照这样的顺序启动,有时候节点太多,我们会选择用launch文件来启动。 Master、Node之间以及Node之间的关系如下图所示

2.4、launch文件

机器人是一个系统工程,通常一个机器人运行操作时要开启很多个node,对于一个复杂的机器人的启动操作应该怎么做呢?当然,我们并不需要每个节点依次进行rosrun,ROS为我们提供了一个命令能一次性启动master和多个node。该命令是:

$ roslaunch pkg_name file_name.launch

roslaunch命令首先会自动进行检测系统的roscore有没有运行,也即是确认节点管理器是否在运行状态中,如果master没有启动,那么roslaunch就会首先启动master,然后再按照launch的规则执行。launch文件里已经配置好了启动的规则。 所以 roslaunch 就像是一个启动工具,能够一次性把多个节点按照我们预先的配置启动起来,减少我们在终端中一条条输入指令的麻烦。

l launch文件的写法:

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