机器人操作系统ROS2之记录和回放数据

目标

记录发布在话题和服务上的数据，以便随时回放和检查。

背景知识

ros2 bag 是一个命令行工具，主要用于记录ROS2系统中使用话题和服务发布的数据。它会收集任意数量的话题和服务传递的数据，然后将其保存到数据库中。之后你可以回放这些数据，重现测试和实验的结果。记录话题和服务也是分享你的工作并让他人重现实验的好方法。

前提条件

和往常一样，每次打开新终端时，别忘了对ROS2进行环境配置。

bash 复制代码

# Replace ".bash" with your shell if you're not using bash
# Possible values are: setup.bash, setup.sh, setup.zsh
source /opt/ros/jazzy/setup.bash

管理话题数据

1. 准备工作

你将在 turtlesim 系统中记录键盘输入，以便稍后保存和回放。因此，首先启动 /turtlesim 和 /teleop_turtle 节点。

打开一个新终端并运行：

bash 复制代码

ros2 run turtlesim turtlesim_node

再打开另一个终端并运行：

bash 复制代码

ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

为了养成良好的习惯，我们再创建一个新目录来存储保存的记录：

Linux / macOS：

bash 复制代码

mkdir bag_files
cd bag_files

Windows：

powershell 复制代码

md bag_files
cd bag_files

2. 选择话题

ros2 bag 可以记录发布到话题的消息数据。要查看系统中的话题列表，打开一个新终端并运行以下命令：

bash 复制代码

ros2 topic list

这将返回：

bash 复制代码

/parameter_events
/rosout
/turtle1/cmd_vel
/turtle1/color_sensor
/turtle1/pose

在学习话题的时候，你应该已经了解到 /turtle_teleop 节点会在 /turtle1/cmd_vel 话题上发布命令，以使 turtlesim 中的海龟移动。

要查看 /turtle1/cmd_vel 正在发布的数据，运行以下命令：

bash 复制代码

ros2 topic echo /turtle1/cmd_vel

一开始不会有任何显示，这是因为遥控操作节点没有发出任何数据。回到运行遥控操作节点的终端并激活它，使用方向键移动海龟，你会在运行 ros2 topic echo 的终端上看到数据发布情况：

yaml 复制代码

linear:
  x: 2.0
  y: 0.0
  z: 0.0
angular:
  x: 0.0
  y: 0.0
  z: 0.0
---

3. 记录话题

3.1 记录单个话题

要记录发布到某个话题的数据，可以使用以下命令：

bash 复制代码

ros2 bag record <topic_name>

在运行这个命令之前，打开一个新终端，然后进入之前创建的 bag_files 目录，ROS的 bag 文件将保存在你运行该命令的目录中。

运行命令：

bash 复制代码

ros2 bag record /turtle1/cmd_vel

你将在终端中看到以下消息（日期和时间会有所不同）：

less 复制代码

[INFO] [rosbag2_storage]: Opened database 'rosbag2_2019_10_11-05_18_45'.
[INFO] [rosbag2_transport]: Listening for topics...
[INFO] [rosbag2_transport]: Subscribed to topic '/turtle1/cmd_vel'
[INFO] [rosbag2_transport]: All requested topics are subscribed. Stopping discovery...

现在，ros2 bag 正在记录 /turtle1/cmd_vel 话题上发布的数据。回到遥控操作终端，再次移动海龟。移动方式无关紧要，但尽量形成一个容易识别的模式，以便稍后回放数据时能看到效果。

按 Ctrl+C 停止记录。

数据将被收集到一个新的 bag 目录中，目录名称的格式为 rosbag2_year_month_day-hour_minute_second。该目录将包含一个 metadata.yaml 文件以及以记录格式保存的 bag 文件。

3.2 记录多个话题

你还可以记录多个话题，并且可以更改 ros2 bag 保存的文件名。

bash 复制代码

ros2 bag record -o subset /turtle1/cmd_vel /turtle1/pose

-o 选项允许你为 bag 文件选择一个唯一的名称。后面的字符串（在本例中为 subset）就是文件名。

要一次性记录多个话题，只需用空格分隔每个话题名称即可。

你将看到以下消息，提示确认两个话题都正在被记录：

less 复制代码

[INFO] [rosbag2_storage]: Opened database 'subset'.
[INFO] [rosbag2_transport]: Listening for topics...
[INFO] [rosbag2_transport]: Subscribed to topic '/turtle1/cmd_vel'
[INFO] [rosbag2_transport]: Subscribed to topic '/turtle1/pose'
[INFO] [rosbag2_transport]: All requested topics are subscribed. Stopping discovery...

你可以移动海龟，完成后按 Ctrl+C。

另外，你还可以在命令中添加另一个选项 -a，它会记录系统中的所有话题。

4. 检查话题数据

你可以通过运行以下命令查看记录的详细信息：

bash 复制代码

ros2 bag info <bag_file_name>

对 subset bag文件运行此命令将返回该文件的信息列表：

yaml 复制代码

Files:             subset.mcap
Bag size:          228.5 KiB
Storage id:        mcap
Duration:          48.47s
Start:             Oct 11 2019 06:09:09.12 (1570799349.12)
End                Oct 11 2019 06:09:57.60 (1570799397.60)
Messages:          3013
Topic information: Topic: /turtle1/cmd_vel | Type: geometry_msgs/msg/Twist | Count: 9 | Serialization Format: cdr
                 Topic: /turtle1/pose | Type: turtlesim/msg/Pose | Count: 3004 | Serialization Format: cdr

5. 回放话题数据

在回放 bag 文件之前，先在运行遥控操作节点的终端中按 Ctrl+C。然后确保 turtlesim 窗口可见，这样你就可以看到 bag 文件的回放效果。

输入命令：

bash 复制代码

ros2 bag play subset

终端将返回消息：

css 复制代码

[INFO] [rosbag2_storage]: Opened database 'subset'.

你的海龟将沿着你记录时输入的路径移动（不过不会完全精确，因为 turtlesim 对系统时间的微小变化很敏感）。

由于 subset 文件同时也记录了 /turtle1/pose 话题，所以当你的海龟停止移动之后，ros2 bag play 命令并没有立即停止回放。

这是因为记录期间，只要 /turtlesim 节点处于活动状态，它会定期在 /turtle1/pose 话题上发布数据。你可能已经注意到，在上面的 ros2 bag info 示例结果中，/turtle1/cmd_vel 话题的 Count 信息只有 9，这是我们在记录时按下方向键的次数。而/turtle1/pose 的 Count 值超过了 3000，这意味着在我们记录时，该话题发布了 3000 次数据。

要了解位置数据的发布频率，你可以运行以下命令：

bash 复制代码

ros2 topic hz /turtle1/pose

管理服务数据

1. 准备工作

你将记录 introspection_client 和 introspection_service 之间的服务数据，稍后显示和回放这些数据。要记录服务客户端和服务器之间的服务数据，必须在节点上启用服务内省（introspection）功能。

让我们启动 introspection_client 和 introspection_service 节点并启用服务内省功能。细节就不在这里展开了，你可以在服务内省Demo中查看更多详细信息。

打开一个新终端并运行 introspection_service，同时启用服务内省功能：

bash 复制代码

ros2 run demo_nodes_cpp introspection_service --ros-args -p service_configure_introspection:=contents

再打开另一个终端并运行 introspection_client，同时启用服务内省功能：

bash 复制代码

ros2 run demo_nodes_cpp introspection_client --ros-args -p client_configure_introspection:=contents

2. 检查服务可用性

ros2 bag 只能记录可用服务的数据。要查看系统中的服务列表，打开一个新终端并运行以下命令：

bash 复制代码

ros2 service list

这将返回：

bash 复制代码

/add_two_ints
/introspection_client/describe_parameters
/introspection_client/get_parameter_types
/introspection_client/get_parameters
/introspection_client/get_type_description
/introspection_client/list_parameters
/introspection_client/set_parameters
/introspection_client/set_parameters_atomically
/introspection_service/describe_parameters
/introspection_service/get_parameter_types
/introspection_service/get_parameters
/introspection_service/get_type_description
/introspection_service/list_parameters
/introspection_service/set_parameters
/introspection_service/set_parameters_atomically

要检查客户端和服务上是否启用了服务内省功能，运行以下命令：

bash 复制代码

ros2 service echo --flow-style /add_two_ints

你应该会看到类似以下的服务通信信息：

yaml 复制代码

info:
  event_type: REQUEST_SENT
  stamp:
    sec: 1713995389
    nanosec: 386809259
  client_gid: [1, 15, 96, 219, 162, 1, 108, 201, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 21, 3]
  sequence_number: 133
request: [{a: 2, b: 3}]
response: []
---

3. 记录服务

记录服务数据支持以下选项。另外，服务数据可以与话题数据同时记录。

要记录特定的服务：

bash 复制代码

ros2 bag record --service <service_names>

要记录所有服务：

bash 复制代码

ros2 bag record --all-services

运行命令记录/add_two_ints服务：

bash 复制代码

ros2 bag record --service /add_two_ints

你将在终端中看到以下消息（日期和时间会有所不同）：

ini 复制代码

[INFO] [1713995957.643573503] [rosbag2_recorder]: Press SPACE for pausing/resuming
[INFO] [1713995957.662067587] [rosbag2_recorder]: Event publisher thread: Starting
[INFO] [1713995957.662067614] [rosbag2_recorder]: Listening for topics...
[INFO] [1713995957.666048323] [rosbag2_recorder]: Subscribed to topic '/add_two_ints/_service_event'
[INFO] [1713995957.666092458] [rosbag2_recorder]: Recording...

现在，ros2 bag 正在记录 /add_two_ints 服务上发布的服务数据。要停止记录，在终端中按 Ctrl+C。

4. 检查服务数据

你可以通过运行以下命令查看记录的详细信息：

bash 复制代码

ros2 bag info <bag_file_name>

运行此命令将返回该文件的信息列表：

yaml 复制代码

Files:             rosbag2_2024_04_24-14_59_17_0.mcap
Bag size:          15.1 KiB
Storage id:        mcap
ROS Distro:        rolling
Duration:          9.211s
Start:             Apr 24 2024 14:59:17.676 (1713995957.676)
End:               Apr 24 2024 14:59:26.888 (1713995966.888)
Messages:          0
Topic information:
Service:           1
Service information: Service: /add_two_ints | Type: example_interfaces/srv/AddTwoInts | Event Count: 78 | Serialization Format: cdr

5. 回放服务数据

在回放 bag 文件之前，在运行 introspection_client 的终端中按 Ctrl+C。当 introspection_client 停止运行时，introspection_service 也会停止打印结果（注意它并没有停止运行），因为没有传入的请求了。

输入命令将从 bag 文件中回放服务数据，开始向 introspection_service 发送请求：

bash 复制代码

ros2 bag play --publish-service-requests <bag_file_name>

终端将返回消息：

ini 复制代码

[INFO] [1713997477.870856190] [rosbag2_player]: Set rate to 1
[INFO] [1713997477.877417477] [rosbag2_player]: Adding keyboard callbacks.
[INFO] [1713997477.877442404] [rosbag2_player]: Press SPACE for Pause/Resume
[INFO] [1713997477.877447855] [rosbag2_player]: Press CURSOR_RIGHT for Play Next Message
[INFO] [1713997477.877452655] [rosbag2_player]: Press CURSOR_UP for Increase Rate 10%
[INFO] [1713997477.877456954] [rosbag2_player]: Press CURSOR_DOWN for Decrease Rate 10%
[INFO] [1713997477.877573647] [rosbag2_player]: Playback until timestamp: -1

你的 introspection_service 终端将再次开始打印以下服务消息：

less 复制代码

[INFO] [1713997478.090466075] [introspection_service]: Incoming request
a: 2 b: 3

这是因为 ros2 bag play 将 bag 文件中的服务请求数据发送到了 /add_two_ints 服务。

我们还可以在 ros2 bag play 回放服务数据时进行服务通信内省，以验证 introspection_service。

在运行 ros2 bag play 之前运行以下命令，查看 introspection_service 的情况：

bash 复制代码

ros2 service echo --flow-style /add_two_ints

你可以看到来自 bag 文件的服务请求和来自 introspection_service 的服务响应。

yaml 复制代码

info:
  event_type: REQUEST_RECEIVED
  stamp:
    sec: 1713998176
    nanosec: 372700698
  client_gid: [1, 15, 96, 219, 80, 2, 158, 123, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 20, 4]
  sequence_number: 1
request: [{a: 2, b: 3}]
response: []
---
info:
  event_type: RESPONSE_SENT
  stamp:
    sec: 1713998176
    nanosec: 373016882
  client_gid: [1, 15, 96, 219, 80, 2, 158, 123, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 20, 4]
  sequence_number: 1
request: []
response: [{sum: 5}]

总结

你可以使用 ros2 bag 命令记录ROS 2系统中通过话题和服务传递的数据。无论你是要与他人分享工作，还是对自己的实验进行内省，这都是一个非常实用的工具。

关注【智践行】公众号，发送【机器人】获得机器人经典学习资料