3.ROS2-Nodes - 技术栈

文章目录

概念
Nodes
- python
- - 最小单元
  - - 完整代码
    - [install node](#install node)
    - 重新构建package
    - 重新加载bash，并运行节点
  - 面向对象的Node节点
- [CPP node](#CPP node)
- - 最小单元
  - 面向对象的Node
  - - [c++ 创建类](#c++ 创建类)
    - 示例代码
    - - 加定时器

概念

tolerance的意思是节点之间互不影响，即使一个坏掉了，另一个还能用

Nodes

注意区分：

节点的文件名称
节点的名称
节点的可执行文件名称

python

最小单元

bash 复制代码

# ~/ros2_ws/src/my_py_pkg/my_py_pkg
touch my_first_node.py

Node节点最小的单元示例代码

my_first_node.py

python 复制代码

#! /usr/bin/env python3
import rclpy
from rclpy.node import Node

def main(args=None):
	rclpy.init(args=args)
	node = Node('py_test')
	rclpy.shutdown()

完整代码

my_first_node.py

python 复制代码

#! /usr/bin/env python3
import rclpy
from rclpy.node import Node

def main(args=None):
	rclpy.init(args=args)
	node = Node('py_test') # 节点名称
	node.get_logger().info('Hello, ROS2!')
	rclpy.shutdown()
	
if __name__ == '__main__':
	main()

让节点一直挂着，试试就知道了

python 复制代码

#! /usr/bin/env python3
import rclpy
from rclpy.node import Node

def main(args=None):
	rclpy.init(args=args)
	node = Node('py_test') # 节点名称
	node.get_logger().info('Hello, ROS2!')
	rclpy.spin(node) # Keeps the node alive until it is shut down
	rclpy.shutdown()
	
if __name__ == '__main__':
	main()

install node

bash 复制代码

# ~/ros2_ws/src/my_py_pkg/setup.py
py_node = my_py_pkg.my_first_node:main

重新构建package

bash 复制代码

# 在ros2工作目录下
colcon build --packages-select my_py_pkg

重新加载bash，并运行节点

bash 复制代码

cd ~
source .bashrc
ros2 run my_py_pkg py_node

py_node 是在setup.bash 里创建的可执行文件名称，

⚠️注意区分文件名称，节点名称，可执行文件名称；有时候会取相同的名称

面向对象的Node节点

示例代码

python 复制代码

#! /usr/bin/env python3
import rclpy
from rclpy.node import Node

class MyNode(Node):# Inherit from the 【Node】 class
    def __init__(self):
        super().__init__('py_test') # Initialize the node with a name
        self.get_logger().info('Hello, ROS2!')

def main(args=None):
	rclpy.init(args=args)
	node = MyNode()
	rclpy.spin(node) # Keeps the node alive until it is shut down
	rclpy.shutdown()
	
if __name__ == '__main__':
	main()

重新构建package并运行

bash 复制代码

# 在ros2工作目录下
colcon build --packages-select my_py_pkg
source install/setup.bash
ros2 run my_py_pkg py_node

工具：timer

代码示例

python 复制代码

#! /usr/bin/env python3
import rclpy
from rclpy.node import Node

class MyNode(Node):# Inherit from the 【Node】 class
    def __init__(self):
        super().__init__('py_test') # Initialize the node with a name
        self.get_logger().info('Hello, ROS2!')
        self.create_timer(1.0, self.timer_callback) # Create a timer that calls the callback every 1 second;
        # self.timercallback() # Call the callback function immediately
        # self.timercallback #  will not execute the function but will pass the function object itself to the timer, allowing it to be called at the specified intervals.

    def timer_callback(self):
        self.get_logger().info('Timer callback called!')

def main(args=None):
	rclpy.init(args=args) # Initialize the ROS2 Python client library
	node = MyNode()
	rclpy.spin(node) # Keeps the node alive until it is shut down
	rclpy.shutdown()
	
if __name__ == '__main__':
	main()

重新构建package并运行

bash 复制代码

cd ~/ros2_wk
colcon build --packages-select my_py_pkg
source install/setup.bash
ros2 run my_py_pkg py_node

完整代码

python 复制代码

#! /usr/bin/env python3
import rclpy
from rclpy.node import Node

class MyNode(Node):# Inherit from the 【Node】 class
    def __init__(self):
        super().__init__('py_test') # Initialize the node with a name
        self.get_logger().info('Hello, ROS2!')
        self.counter_ = 0
        self.create_timer(1.0, self.timer_callback) # Create a timer that calls the callback every 1 second;
        # self.timercallback() # Call the callback function immediately
        # self.timercallback #  will not execute the function but will pass the function object itself to the timer, allowing it to be called at the specified intervals.

    def timer_callback(self):
        self.get_logger().info('Timer callback called!' + str(self.counter_)) # Log the current time when the timer callback is called
        self.counter_ += 1

def main(args=None):
	rclpy.init(args=args) # Initialize the ROS2 Python client library
	node = MyNode()
	rclpy.spin(node) # Keeps the node alive until it is shut down
	rclpy.shutdown()
	
if __name__ == '__main__':
	main()

重新构建package并运行

bash 复制代码

cd ~/ros2_ws
colcon build --packages-select my_py_pkg
source install/setup.bash
ros2 run my_py_pkg py_node

CPP node

最小单元

bash 复制代码

cd ~/ros2_ws/
touch my_first_node.cpp

c 复制代码

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"

int main(int argc, char * argv[])
{
    rclcpp::init(argc, argv); # Initialize the ROS2 C++ client library/comunication framework
    //
    rclcpp::shutdown();
    return 0;
}

完整代码

c 复制代码

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"

int main(int argc, char **argv)
{
    rclcpp::init(argc, argv); //Initialize the ROS2 C++ client library/comunication framework
    auto node = std::make_shared<rclcpp::Node>("cpp_test"); // Create a node with a name
    RCLCPP_INFO(node->get_logger(), "Hello, ROS2!"); // Log a message to indicate that the node has started

		rclcpp::spin(node);
    rclcpp::shutdown();
    return 0;
}

std::make_shared：C++11 引入的模板函数，用于在动态内存中构造一个对象，并返回一个 std::shared_ptr 智能指针。相比直接使用 new，它更安全、高效（一次内存分配）。

rclcpp::Node：ROS2 的 C++ 客户端库（rclcpp）中代表节点的类。节点是 ROS2 图中负责通信的基本单元，可以发布/订阅话题、提供服务/客户端、获取参数等。

"cpp_test"：传递给 rclcpp::Node 构造函数的参数，即节点名称。在 ROS2 网络中，节点名必须唯一（同一进程内不能重名，不同进程可以同名但通常建议全局唯一）。
因此，std::make_shared<rclcpp::Node>("cpp_test") 创建了一个名为 "cpp_test" 的 ROS2 节点对象，并返回指向它的 std::shared_ptr。

RCLCPP_INFO 宏
来源: ROS2 的 rclcpp 库中定义的一个日志宏（#include <rclcpp/rclcpp.hpp>）。
功能: 输出 INFO 级别的日志。ROS2 日志级别依次为：DEBUG、INFO、WARN、ERROR、FATAL。INFO 表示一般性提示信息。
参数: 通常需要两个参数------logger 和格式化字符串（类似 printf），后面可以跟可变参数。
RCLCPP_INFO(logger, "format string", args...);
特点：宏会根据当前节点的日志配置（如日志级别、输出目标）决定是否实际输出。默认情况下，INFO 及以上级别会输出到控制台和 ROS2 日志系统。

node->get_logger()
node 是之前创建的 std::shared_ptr<rclcpp::Node> 智能指针。
get_logger() 是 rclcpp::Node 类的成员函数，返回该节点专属的日志记录器对象（类型为 rclcpp::Logger）。
每个节点有自己的日志器，日志会带上节点的名称（如 cpp_test）以便区分不同节点的输出。

C++需要构建代码

bash 复制代码

vim CMakeLists.txt

打开来这样的

if(BUILD_TESTING) 部分不需要可以直接删除
在ament_package()前加入，后面有代码解释

c 复制代码

// <cpp_node> 是可执行文件名称，<src/my_first_node.cpp>是源文件路径
add_executable(cpp_node src/my_first_node.cpp) 
ament_target_dependencies(cpp_node rclcpp)

install(TARGETS
	cpp_node
	DESTINATION lib/${PROJECT_NAME}
)

最终效果

代码解释

add_executable(cpp_node src/my_first_node.cpp)
CMake 内置命令：用于从源代码生成一个可执行文件。
参数：
cpp_node：指定生成的可执行文件的目标名称,自己指定
src/my_first_node.cpp：源文件的路径（相对于 CMakeLists.txt 所在目录）。
作用： 告诉 CMake 需要编译 my_first_node.cpp，并将编译后的目标文件链接成名为 cpp_node 的可执行程序。

ament_target_dependencies(cpp_node rclcpp)
ament 宏命令：由 ROS2 的构建系统 ament_cmake 提供，用于为指定的目标自动处理依赖项的包含目录、链接库和编译定义。
参数：
cpp_node：前面 add_executable 定义的目标名称，指明要为哪个目标添加依赖。
rclcpp：依赖的 ROS2 包名称（即 rclcpp 库及其相关的依赖，如 rcl, rmw, rcutils 等）。
作用： 自动查找 rclcpp 包及其所有传递依赖（如 ROS2 中间件、日志系统等）

install(TARGETS ...) 命令
CMake 内置命令：定义构建完成后，如何将生成的目标（可执行文件、库等）安装到指定位置。
TARGETS：关键字，后面列出需要安装的目标名称，这里cpp_node（由前面的 add_executable 定义）。可以继续换行往后加

DESTINATION：指定安装的目标路径（相对于 - CMAKE_INSTALL_PREFIX）。

DESTINATION lib/${PROJECT_NAME}
lib：安装到 lib 目录下。在 ROS2 工作空间中，可执行文件通常安装在 install/<package_name>/lib/<package_name>/ 路径。
${PROJECT_NAME}：CMake 变量，值为当前项目的名称（由 project() 命令定义）。例如如果 CMakeLists.txt 中有 project(my_cpp_pkg)
组合后：目标被安装到 lib/<项目名>/ 目录下。

代码整体含义

编译 src/my_first_node.cpp 生成可执行文件 cpp_node。
确保该可执行文件能够正确使用 rclcpp 库，从而可以创建 ROS2 节点、发布/订阅话题、记录日志等。
最终在 install 目录下的 lib/<package_name>/ 中生成可执行文件，可通过 ros2 run <package_name> cpp_node 运行。

构建package并运行

bash 复制代码

cd ~/ros2_ws
colcon build --packages-select my_cpp_pkg
source install/setup.bash
ros2 run my_cpp_pkg cpp_node

面向对象的Node

c++ 创建类

c 复制代码

class MyNode : public rclcpp::Node //继承创建类
{
public:
    MyNode() : Node("cpp_test") //调用父类函数Initialize the node with a name
    {           

    }   

private:
}

示例代码

c 复制代码

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"

class MyNode : public rclcpp::Node
{
public:
    MyNode() : Node("cpp_test") //Initialize the node with a name
    {           
        RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Hello, ROS2!"); //Log a message to indicate that the node has started
    }   

private:
}

int main(int argc, char * argv[])
{
    rclcpp::init(argc, argv); //Initialize the ROS2 C++ client library/comunication framework
    auto node = std::make_shared<MyNode>(); //Create an instance of the MyNode class

    rclcpp::spin(node); //Keeps the node alive until it is shut down
    rclcpp::shutdown();
    return 0;
}

加定时器

c 复制代码

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"

class MyNode : public rclcpp::Node
{
public:
    MyNode() : Node("cpp_test"), counter_(0) //构造函数，初始化节点名称为"cpp_test"并将计数器初始化为0
    {           
        RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Hello, ROS2!"); //Log a message to indicate that the node has started
        timer_ = this->create_wall_timer( //Create a timer that calls the callback every 1 second
            std::chrono::seconds(1),
            std::bind(&MyNode::timer_callback, this) //Bind the timer callback function to the timer 注册回调函数
        );
    }   

private:
    void timer_callback() // Define a callback function for the timer
    {
        RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Timer callback called! %d", counter_); //Log a message when the timer callback is called
        counter_++;
    }
    rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_; // Declare a timer object
    int counter_ = 0; 
}

int main(int argc, char * argv[])
{
    rclcpp::init(argc, argv); //Initialize the ROS2 C++ client library/comunication framework
    auto node = std::make_shared<MyNode>(); //创建MyNode类的实例，并将其作为共享指针返回

    rclcpp::spin(node); //Keeps the node alive until it is shut down
    rclcpp::shutdown();
    return 0;
}

create_wall_timer 是 rclcpp::Node 提供的成员函数，用于创建一个基于系统时间（壁钟，wall clock）的定时器。
- 第一个参数：时间间隔 std::chrono::seconds(1)，表示每 1 秒触发一次。
- 第二个参数：回调函数，类型为 std::function<void()>。这里使用 std::bind 将成员函数 timer_callback 绑定到当前对象 this 上。
- &MyNode::timer_callback：成员函数指针。
- this：指定调用该成员函数时使用的对象实例。
- 返回值：rclcpp::TimerBase::SharedPtr 类型的智能指针，被赋值给成员变量 timer_，用于管理定时器的生命周期（只要 timer_ 存在，定时器就会运行）。
声明一个 rclcpp::TimerBase::SharedPtr 类型的成员变量，用于存储 create_wall_timer 返回的智能指针。

保持对定时器的引用，防止定时器被提前销毁（智能指针的特性：只要 timer_ 在作用域内，定时器就保持有效）。