第七天 ROS《 参数服务器与Launch文件》

加成BUFF2026-06-10 8:54

一、实验目的

  1. 理解ROS参数服务器（Parameter Server）的作用及工作机制。
  2. 掌握rosparam命令的基本操作方法。
  3. 学会使用YAML文件管理系统配置参数。
  4. 掌握Launch文件的编写与使用方法。
  5. 能够通过Launch文件实现ROS系统的一键启动。

二、实验环境

  • 操作系统：Ubuntu 20.04
  • ROS版本：ROS Noetic
  • 编程语言：Python 3
  • 工具：终端（Terminal）
  • 功能包：turtlesim

三、实验原理

  1. 参数服务器用于存储系统运行参数，节点可以动态读取和修改这些参数，实现配置与运行的分离。
  2. YAML文件用于集中管理系统配置参数，便于复用和版本控制。
  3. Launch文件允许同时启动多个ROS节点、加载参数文件和设置运行环境，实现系统一键化启动，提高实验和开发效率。

四、实验内容

实验（一）：参数服务器基本操作

第七天------任务1：参数服务器基本操作

ROS参数操作命令表格

命令 功能描述 使用示例
rosparam set 设置参数值 rosparam set /param_name value
rosparam get 获取参数值 rosparam get /param_name
rosparam load 从YAML文件加载参数到ROS参数服务器 rosparam load params.yaml
rosparam dump 将当前参数服务器的参数导出到YAML文件 rosparam dump params.yaml
rosparam delete 删除指定参数 rosparam delete /param_name
rosparam list 列出所有参数名 rosparam list

先打开roscore

bash 复制代码 
rosparam set name huluwa

rosparam get name

rosparam delete name

#将参数写出到外部文件

rosparam dump yyy.yaml

rosparam load(先准备 yaml 文件)

#从外部文件加载参数

rosparam load xxx.yaml

实验（二）：使用 YAML 文件管理 ROS 参数

第七天------任务2：使用YAML文件管理ROS参数

一、实验目的

  1. 理解YAML文件的作用和应用场景。
  2. 掌握YAML文件的基本语法规则。
  3. 学会使用YAML文件批量配置ROS参数。
  4. 掌握通过rosparam load命令加载参数的方法。
  5. 能够通过参数服务器读取并验证配置结果。
  6. 理解配置文件与程序代码分离的开发思想。
    二、实验背景

在实际机器人项目开发中，系统通常包含大量配置参数，例如：

  • 机器人名称
  • 最大运行速度
  • 激光雷达安装位置
  • 摄像头分辨率
  • PID控制器参数
  • 地图文件路径

如果这些参数直接写在程序代码中：

robot_name = "Robot01"

max_speed = 1.5

camera_width = 640

camera_height = 480

当参数发生变化时，需要修改代码并重新运行程序。

为了提高系统的可维护性，ROS提供了参数服务器(Parameter Server)，而YAML文件则用于统一管理这些参数。

开发人员只需要修改配置文件，无需修改程序代码。

因此：

YAML = 参数配置文件

Parameter Server = 参数存储中心
三、认识 YAML 文件

1. YAML 是什么

YAML（YAML Ain't Markup Language）是一种专门用于数据配置的文本格式。

特点：

  • 可读性强
  • 结构清晰
  • 编写简单
  • 支持层级关系
  • 广泛应用于ROS系统

文件扩展名：

.yaml

或者

.yml

2. YAML 基本语法

（ 1 ）键值对

格式：

name: ZhangSan

age: 20

score: 95

含义：

|-------|----------|
| 参数名 | 参数值 |
| name | ZhangSan |
| age | 20 |
| score | 95 |

（ 2 ）层级结构

格式：

student:

name: ZhangSan

age: 20

score: 95

注意：

子级内容必须缩进。

推荐使用：

2个空格

或

4个空格

不要使用Tab键。

对应关系：

student

├─ name

├─ age

└─ score

（ 3 ）列表数据

格式：

courses:

  • ROS

  • Linux

  • Python

等价于：

courses0 = ROS

courses1 = Linux

courses2 = Python

（ 4 ）布尔值

enable_camera: true

enable_lidar: false

（ 5 ）浮点数

max_speed: 1.5

wheel_radius: 0.08

四、创建 YAML 配置文件

步骤 1 ：创建配置目录

bash 复制代码 
#进入工作空间：

cd ~/catkin_ws/src/my_pkg

#创建配置目录：

mkdir config

#查看目录：

my_pkg
├── launch
├── scripts
├── src
└── config

步骤 2 ：创建 student.yaml 文件

bash 复制代码 
#进入配置目录：

cd config

#创建文件：

gedit student.yaml

#输入以下内容：

student:
  name: ZhangSan
  age: 20
  score: 95

#保存退出。

步骤 3 ：检查 YAML格式

bash 复制代码 
#正确格式：

student:
  name: ZhangSan
  age: 20
  score: 95

#错误格式：

student:
name: ZhangSan
age: 20
score: 95

#原因：没有缩进。

#错误格式：

student:
name: ZhangSan

#原因：使用了Tab键。YAML要求使用空格缩进。

五、加载 YAML 参数到参数服务器

步骤 1 ：启动 ROS Master

bash 复制代码 
打开终端：

roscore

启动成功后保持窗口运行。

步骤 2 ：加载配置文件

bash 复制代码 
新开终端：

rosparam load student.yaml

执行成功后不会显示明显提示。

步骤 3 ：查看全部参数

bash 复制代码 
rosparam list

输出示例：

/student/age
/student/name
/student/score

说明参数已经进入参数服务器。

六、读取参数

bash 复制代码 
读取姓名

rosparam get /student/name

结果：

ZhangSan

读取年龄

rosparam get /student/age

结果：

20

读取成绩

rosparam get /student/score

结果：

95

查看整个节点参数

rosparam get /student

结果：

age: 20
name: ZhangSan
score: 95

七、修改配置文件并重新加载

修改文件：

student:

name: LiSi

age: 22

score: 88

重新加载：

rosparam load student.yaml

查询：

rosparam get /student/name

结果：

LiSi

说明参数已更新。
八、机器人配置实例

实际机器人项目中的配置文件通常如下：

robot:

name: smart_robot

max_speed: 1.5

wheel_radius: 0.08

camera:

width: 640

height: 480

fps: 30

lidar:

range: 10

frequency: 15

加载后：

rosparam list

可看到：

/robot/name

/robot/max_speed

/robot/wheel_radius

/camera/width

/camera/height

/camera/fps

/lidar/range

/lidar/frequency

这就是大型ROS项目中常见的配置管理方式。

实验（三） ：使用 Launch 文件启动 ROS 系统

第七天------任务3：使用 Launch 文件启动 ROS 系统

一、实验目的

  1. 理解 Launch 文件的作用和优势。
  2. 掌握 Launch 文件的基本语法和结构。
  3. 学会通过 Launch 文件启动单个节点和多个节点。
  4. 掌握在 Launch 文件中加载参数文件（YAML）。
  5. 理解节点命名、重映射话题、传递参数的方法。
  6. 能够使用 Launch 文件实现系统一键启动，提高开发效率。
    二、实验背景

在 ROS 系统开发中，如果每次都用 rosrun 单独启动节点，会有以下问题：

  • 多个节点需要多个终端窗口。
  • 参数加载和节点启动需要多条命令。
  • 系统启动容易出错，调试困难。

Launch 文件的优势：

  • 可以一次性启动多个节点。
  • 可以加载 YAML 参数文件。
  • 可以设置节点命名和话题重映射。

总结：Launch 文件 = ROS 系统启动脚本 + 参数加载器
三、认识 Launch 文件

1. 文件格式

  • 扩展名：.launch
  • 文件类型：XML

2. 基本结构

bash 复制代码 
<launch>
    <node pkg="package_name" type="node_executable" name="node_name"/>
</launch>

说明：

|------------|--------|--------------|
| 标签 | 属性 | 说明 |
| <launch> | 无 | 根标签，包含所有启动内容 |
| <node> | pkg | 节点所在包名 |
| | type | 节点可执行文件名 |
| | name | 启动节点时使用的名称 |
| | output | 日志输出方式（可选） |

四、实验内容

实验 4.1 ：启动单个节点

1.创建 launch 文件 launch/start_turtle.launch

bash 复制代码 
<launch>
    <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="turtle1" output="screen"/>
</launch>

说明：

pkg="turtlesim" 指定功能包。
type="turtlesim_node" 指定节点执行文件。
name="turtle1" 为节点自定义名称。
output="screen" 输出日志到终端。

2.运行：

bash 复制代码 
roslaunch my_pkg start_turtle.launch
注意：这里用的命令是roslaunch

3.观察

  • 弹出 turtlesim 窗口
  • 终端显示节点启动日志
实验 4.2 ：启动多个节点

1.创建 launch 文件 launch/multi_turtle.launch

bash 复制代码 
<launch>
    <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="turtle1" output="screen"/>
    <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="turtle2" output="screen"/>
</launch>

2.运行：

bash 复制代码 
roslaunch my_pkg multi_turtle.launch

3.观察

  • 出现两个 turtlesim 窗口
  • 两个节点可以独立运行
实验 4.3 ：加载 YAML 参数文件

1.假设已经创建配置文件 config/student.yaml

bash 复制代码 
student:
  name: ZhangSan
  age: 20
  score: 95

2.创建 launch 文件 launch/start_with_param.launch

bash 复制代码 
<launch>
    <!-- 加载参数文件 -->
    <rosparam file="$(find my_pkg)/config/student.yaml" command="load"/>
    
    <!-- 启动节点 -->
    <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="turtle1" output="screen"/>
</launch>

说明：

$(find my_pkg)：自动查找工作空间中包路径
rosparam 标签加载 YAML 参数到参数服务器
节点可以通过参数服务器获取配置参数

3.运行：

bash 复制代码 
roslaunch my_pkg start_with_param.launch

4.验证参数：

bash 复制代码 
rosparam get /student/name
rosparam get /student/age
rosparam get /student/score

实验 4.4 ：节点话题重映射

有时需要同一个节点发布到不同话题或订阅不同话题。

1.创建 launch 文件 launch/remap.launch

bash 复制代码 
<launch>
    <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="turtle1" output="screen">
        <remap from="turtle1/cmd_vel" to="turtle1/cmd_vel_custom"/>
    </node>
</launch>

2.运行：

bash 复制代码 
roslaunch my_pkg remap.launch

说明：

原话题 turtle1/cmd_vel 被重映射为 turtle1/cmd_vel_custom
可以同时运行多个节点而不冲突

实验 4.5 ：组合启动（综合实验）

1.创建 Launch 文件 launch/full_system.launch

bash 复制代码 
<launch>
    <!-- 加载学生信息参数 -->
    <rosparam file="$(find my_pkg)/config/student.yaml" command="load"/>
    
    <!-- 启动两个turtlesim节点 -->
    <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="turtle1" output="screen"/>
    <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="turtle2" output="screen">
        <remap from="turtle1/cmd_vel" to="turtle2/cmd_vel"/>
    </node>
</launch>

2.运行：

bash 复制代码 
roslaunch my_pkg full_system.launch

3.任务：

  1. 观察两个 turtlesim 节点运行

  2. 使用 rosparam get 验证 YAML 参数已加载

  3. 截图保存实验结果
    五、实验步骤总结

  4. 创建 launch 目录并进入：

mkdir launch

cd launch

  1. 创建并编辑 Launch 文件。
  2. 加载 YAML 参数文件（如果需要）。
  3. 启动节点并观察运行情况。
  4. 验证参数服务器参数。
  5. 记录实验结果与截图。

实验（四）：参数服务器读取Python脚本参数

第七天------任务4：参数服务器读取Python脚本参数

1.编写脚本background.py

python 复制代码 
#!/usr/bin/env python3
import rospy

if __name__ == "__main__":
    rospy.init_node("hehe")
    
    # 设置全局命名空间下的 turtlesim 背景色（RGB 均为 255，即白色）
    rospy.set_param("/turtlesim/background_r", 255)
    rospy.set_param("/turtlesim/background_g", 255)
    rospy.set_param("/turtlesim/background_b", 255)
    
    # 设置当前节点命名空间下的背景色（需配合 __ns 参数运行）
    rospy.set_param("background_r", 255)
    rospy.set_param("background_g", 255)
    rospy.set_param("background_b", 255)

2.编译运行

roscore

rosrun my_pkg name.py

rosparame get /background_r

rosparame get /turtlesim/background_r

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