【ROS2】☆ launch之Python

 

☆重点 

        ROS1和ROS2其中一个很大区别之一就是launch的编写方式。在ROS1中采用xml格式编写launch，而ROS2保留了XML 格式launch，还另外引入了Python和YAML 编写方式。选择哪种编写取决于每位开发人员的爱好，但是ROS2官方推荐使用Python方式编写，理由如下：Python 是一种脚本语言，使用灵活，Python库强大，可以直接引入：ROS2launch框架本身是用Python编写，由于亲和力高Python可以直接调用一些高级特性 ，而XML 和 YAML 可能无法调用。

        当然用 Python 编写的启动文件可能比 XML 或 YAML 编写的启动文件更复杂、更冗长。

        ☆不过建议能使用Python编写尽量使用Python，不要问为什么，问就是官方推荐！

在使用Python版的launch文件时，涉及的API众多，为了提高编码效率，可以在VScode中设置launch文件的代码模板，将VScode的配置文件python.json修改为为如下内容：

    "ros2 launch py": {"prefix": "ros2_launch_py","body": ["from launch import LaunchDescription","from launch_ros.actions import Node","# 封装终端指令相关类--------------","# from launch.actions import ExecuteProcess","# from launch.substitutions import FindExecutable","# 参数声明与获取-----------------","# from launch.actions import DeclareLaunchArgument","# from launch.substitutions import LaunchConfiguration","# 文件包含相关-------------------","# from launch.actions import IncludeLaunchDescription","# from launch.launch_description_sources import PythonLaunchDescriptionSource","# 分组相关----------------------","# from launch_ros.actions import PushRosNamespace","# from launch.actions import GroupAction","# 事件相关----------------------","# from launch.event_handlers import OnProcessStart, OnProcessExit","# from launch.actions import ExecuteProcess, RegisterEventHandler,LogInfo","# 获取功能包下share目录路径-------","# from ament_index_python.packages import get_package_share_directory","","def generate_launch_description():","    ",    "    return LaunchDescription([])"],"description": "ros2 launch"}

一、节点设置

launch 中需要执行的节点被封装为了 launch_ros.actions.Node 对象。

示例：新建 py01_node.launch.py 文件，输入如下内容：

from launch import LaunchDescription
from launch_ros.actions import Node
import os
from ament_index_python.packages import get_package_share_directorydef generate_launch_description():turtle1 = Node(package="turtlesim", executable="turtlesim_node", namespace="ns_1",name="t1", exec_name="turtle_label", # 表示流程的标签respawn=True)turtle2 = Node(package="turtlesim", executable="turtlesim_node", name="t2",# 参数设置方式1# parameters=[{"background_r": 0,"background_g": 0,"background_b": 0}],# 参数设置方式2: 从 yaml 文件加载参数，yaml 文件所属目录需要在配置文件中安装。parameters=[os.path.join(get_package_share_directory("cpp01_launch"),"config","t2.yaml")],)turtle3 = Node(package="turtlesim", executable="turtlesim_node", name="t3", remappings=[("/turtle1/cmd_vel","/cmd_vel")] #话题重映射)rviz = Node(package="rviz2",executable="rviz2",# 节点启动时传参arguments=["-d", os.path.join(get_package_share_directory("cpp01_launch"),"config","my.rviz")])turtle4 = Node(package="turtlesim", executable="turtlesim_node",# 节点启动时传参，相当于 arguments 传参时添加前缀 --ros-args ros_arguments=["--remap", "__ns:=/t4_ns", "--remap", "__node:=t4"])return LaunchDescription([turtle1, turtle2, turtle3, rviz, turtle4])

代码解释

1.1 Node使用语法1
turtle1 = Node(package="turtlesim", executable="turtlesim_node", namespace="group_1", name="t1", exec_name="turtle_label", # 表示流程的标签respawn=True)

上述代码会创建一个 turtlesim_node 节点，设置了若干节点属性，并且节点关闭后会自动重启。

  • package：功能包；
  • executable：可执行文件；
  • namespace：命名空间；
  • name：节点名称；
  • exe_name：流程标签；
  • respawn：设置为True时，关闭节点后，可以自动重启。
1.2 Node使用语法2
turtle2 = Node(package="turtlesim", executable="turtlesim_node", name="t2",# 参数设置方式1# parameters=[{"background_r": 0,"background_g": 0,"background_b": 0}],# 参数设置方式2: 从 yaml 文件加载参数，yaml 文件所属目录需要在配置文件中安装。parameters=[os.path.join(get_package_share_directory("cpp01_launch"),"config","t2.yaml")],)

上述代码会创建一个 turtlesim_node 节点，并导入背景色相关参数。

  • parameters：导入参数。

parameter 用于设置被导入的参数，如果是从 yaml 文件加载参数，那么需要先准备 yaml 文件，在功能包下新建 config 目录，config目录下新建 t2.yaml 文件，并输入如下内容：

/t2:ros__parameters:background_b: 0background_g: 0background_r: 50qos_overrides:/parameter_events:publisher:depth: 1000durability: volatilehistory: keep_lastreliability: reliableuse_sim_time: false

注意，还需要在 CMakeLists.txt 中安装 config：

install(DIRECTORY launchconfigDESTINATION share/${PROJECT_NAME})
1.3 Node使用语法3
turtle3 = Node(package="turtlesim", executable="turtlesim_node", name="t3", remappings=[("/turtle1/cmd_vel","/cmd_vel")] #话题重映射)

上述代码会创建一个 turtlesim_node 节点，并将话题名称从 /turtle1/cmd_vel 重映射到 /cmd_vel。

  • remappings：话题重映射。
1.4 Node使用语法4
rviz = Node(package="rviz2",executable="rviz2",# 节点启动时传参arguments=["-d", os.path.join(get_package_share_directory("cpp01_launch"),"config","my.rviz")])

上述代码会创建一个 rviz2 节点，并加载了 rviz2 相关的配置文件。

该配置文件可以先启动 rviz2 ，配置完毕后，保存到 config 目录并命名为 my.rviz。

  • arguments：调用指令时的参数列表。
1.5 Node使用语法5
turtle4 = Node(package="turtlesim", executable="turtlesim_node",# 节点启动时传参，相当于 arguments 传参时添加前缀 --ros-args ros_arguments=["--remap", "__ns:=/t4_ns", "--remap", "__node:=t4"])

上述代码会创建一个 turtlesim_node 节点，并在指令调用时传入参数列表。

  • ros_arguments：相当于 arguments 前缀 --ros-args。

二、执行指令

launch 中需要执行的命令被封装为了 launch.actions.ExecuteProcess 对象。

示例：新建 py02_cmd.launch.py 文件，输入如下内容：

from launch import LaunchDescription
from launch_ros.actions import Node
from launch.actions import ExecuteProcess
from launch.substitutions import FindExecutabledef generate_launch_description():turtle = Node(package="turtlesim", executable="turtlesim_node")spawn = ExecuteProcess(# cmd=["ros2 service call /spawn turtlesim/srv/Spawn \"{x: 8.0, y: 9.0,theta: 0.0, name: 'turtle2'}\""],# 或cmd = [FindExecutable(name = "ros2"), # 不可以有空格" service call"," /spawn turtlesim/srv/Spawn"," \"{x: 8.0, y: 9.0,theta: 1.0, name: 'turtle2'}\""],output="both",shell=True)return LaunchDescription([turtle,spawn])

代码解释

spawn = ExecuteProcess(# cmd=["ros2 service call /spawn turtlesim/srv/Spawn \"{x: 8.0, y: 9.0,theta: 0.0, name: 'turtle2'}\""],# 或cmd = [FindExecutable(name = "ros2"), # 不可以有空格" service call"," /spawn turtlesim/srv/Spawn"," \"{x: 8.0, y: 9.0,theta: 1.0, name: 'turtle2'}\""],output="both",shell=True)

上述代码用于执行 cmd 参数中的命令，该命令会在 turtlesim_node 中生成一只新的小乌龟。

  • cmd：被执行的命令；
  • output：设置为 both 时，日志会被输出到日志文件和终端，默认为 log，日志只输出到日志文件。
  • shell：如果为 True，则以 shell 的方式执行命令。

三、参数设置

参数设置主要涉及到参数的声明与调用两部分，其中声明被封装为 launch.actions.DeclareLaunchArgument，调用则被封装为 launch.substitutions import LaunchConfiguration。

需求：启动turtlesim_node节点时，可以动态设置背景色。

示例：新建 py03_args.launch.py 文件，输入如下内容：

from pkg_resources import declare_namespace
from launch import LaunchDescription
from launch_ros.actions import Node
from launch.actions import DeclareLaunchArgument
from launch.substitutions import LaunchConfigurationdef generate_launch_description():decl_bg_r = DeclareLaunchArgument(name="background_r",default_value="255")decl_bg_g = DeclareLaunchArgument(name="background_g",default_value="255")decl_bg_b = DeclareLaunchArgument(name="background_b",default_value="255")turtle = Node(package="turtlesim", executable="turtlesim_node",parameters=[{"background_r": LaunchConfiguration("background_r"), "background_g": LaunchConfiguration("background_g"), "background_b": LaunchConfiguration("background_b")}])return LaunchDescription([decl_bg_r,decl_bg_g,decl_bg_b,turtle])

代码解释

decl_bg_r = DeclareLaunchArgument(name="background_r",default_value="255")
decl_bg_g = DeclareLaunchArgument(name="background_g",default_value="255")
decl_bg_b = DeclareLaunchArgument(name="background_b",default_value="255")

上述代码会使用DeclareLaunchArgument对象声明三个参数，且每个参数都有参数名称以及默认值。

  • name：参数名称；
  • default_value：默认值。
parameters=[{"background_r": LaunchConfiguration(variable_name="background_r"), "background_g": LaunchConfiguration("background_g"), "background_b": LaunchConfiguration("background_b")}]

上述代码会使用LaunchConfiguration对象获取参数值。

  • variable_name：被解析的参数名称。

launch文件执行时，可以动态传入参数，示例如下：

ros2 launch cpp01_launch py03_args.launch.py background_r:=200 background_g:=80 background_b:=30

如果执行launch文件时不手动传入参数，那么解析到的参数值是声明时设置的默认值。

四、文件包含

在 launch 文件中可以包含其他launch文件，需要使用的API为：launch.actions.IncludeLaunchDescription 和 launch.launch_description_sources.PythonLaunchDescriptionSource。

需求：新建 launch 文件，包含 4.2.3 中的 launch 文件并为之传入设置背景色相关的参数。

示例：新建 py04_include.launch.py 文件，输入如下内容：

from launch import LaunchDescription
from launch.actions import IncludeLaunchDescription
from launch.launch_description_sources import PythonLaunchDescriptionSourceimport os
from ament_index_python import get_package_share_directorydef generate_launch_description():include_launch = IncludeLaunchDescription(launch_description_source= PythonLaunchDescriptionSource(launch_file_path=os.path.join(get_package_share_directory("cpp01_launch"),"launch/py","py03_args.launch.py")),launch_arguments={"background_r": "200","background_g": "100","background_b": "70",}.items())return LaunchDescription([include_launch])

代码解释

include_launch = IncludeLaunchDescription(launch_description_source= PythonLaunchDescriptionSource(launch_file_path=os.path.join(get_package_share_directory("cpp01_launch"),"launch/py","py03_args.launch.py")),launch_arguments={"background_r": "200","background_g": "100","background_b": "70",}.items())

上述代码将包含一个launch文件并为launch文件传参。

在 IncludeLaunchDescription 对象中：

  • launch_description_source：用于设置被包含的 launch 文件；
  • launch_arguments：元组列表，每个元组中都包含参数的键和值。

在 PythonLaunchDescriptionSource 对象中：

  • launch_file_path：被包含的 launch 文件路径。

五、分组设置

在 launch 文件中，为了方便管理可以对节点分组，分组相关API为：launch.actions.GroupAction和launch_ros.actions.PushRosNamespace。

需求：对 launch 文件中的多个 Node 进行分组。

示例：新建 py05_group.launch.py 文件，输入如下内容：

from launch import LaunchDescription
from launch_ros.actions import Node
from launch_ros.actions import PushRosNamespace
from launch.actions import GroupActiondef generate_launch_description():turtle1 = Node(package="turtlesim",executable="turtlesim_node",name="t1")turtle2 = Node(package="turtlesim",executable="turtlesim_node",name="t2")turtle3 = Node(package="turtlesim",executable="turtlesim_node",name="t3")g1 = GroupAction(actions=[PushRosNamespace(namespace="g1"),turtle1, turtle2])g2 = GroupAction(actions=[PushRosNamespace(namespace="g2"),turtle3])return LaunchDescription([g1,g2])

代码解释

g1 = GroupAction(actions=[PushRosNamespace(namespace="g1"),turtle1, turtle2])
g2 = GroupAction(actions=[PushRosNamespace(namespace="g2"),turtle3])

上述代码将创建两个组，两个组使用了不同的命名空间，每个组下包含了不同的节点。

在 GroupAction 对象中，使用的参数为：

  • actions：action列表，比如被包含到组内的命名空间、节点等。

在 PushRosNamespace 对象中，使用的参数为：

  • namespace：当前组使用的命名空间。

六、添加事件

节点在运行过程中会触发不同的事件，当事件触发时可以为之注册一定的处理逻辑。事件使用相关的 API 为：launch.actions.RegisterEventHandler、launch.event_handlers.OnProcessStart、launch.event_handlers.OnProcessExit。

需求：为 turtlesim_node 节点添加事件，事件1：节点启动时调用spawn服务生成新乌龟；事件2：节点关闭时，输出日志信息。

示例：新建 py06_event.launch.py 文件，输入如下内容：

from launch import LaunchDescription
from launch_ros.actions import Node
from launch.actions import ExecuteProcess, RegisterEventHandler,LogInfo
from launch.substitutions import FindExecutable
from launch.event_handlers import OnProcessStart, OnProcessExit
def generate_launch_description():turtle = Node(package="turtlesim", executable="turtlesim_node")spawn = ExecuteProcess(cmd = [FindExecutable(name = "ros2"), # 不可以有空格" service call"," /spawn turtlesim/srv/Spawn"," \"{x: 8.0, y: 1.0,theta: 1.0, name: 'turtle2'}\""],output="both",shell=True)start_event = RegisterEventHandler(event_handler=OnProcessStart(target_action = turtle,on_start = spawn))exit_event = RegisterEventHandler(event_handler=OnProcessExit(target_action = turtle,on_exit = [LogInfo(msg = "turtlesim_node退出!")]))return LaunchDescription([turtle,start_event,exit_event])

代码解释

start_event = RegisterEventHandler(event_handler=OnProcessStart(target_action = turtle,on_start = spawn))
exit_event = RegisterEventHandler(event_handler=OnProcessExit(target_action = turtle,on_exit = [LogInfo(msg = "turtlesim_node退出!")]))

上述代码为 turtle 节点注册启动事件和退出事件，当 turtle 节点启动后会执行 spwn 节点，当 turtle 节点退出时，会输出日志文本：“turtlesim_node退出!”。

对象 RegisterEventHandler 负责注册事件，其参数为：

  • event_handler：注册的事件对象。

OnProcessStart 是启动事件对象，其参数为：

  • target_action：被注册事件的目标对象；
  • on_start：事件触发时的执行逻辑。

OnProcessExit 是退出事件对象，其参数为：

  • target_action：被注册事件的目标对象；
  • on_exit：事件触发时的执行逻辑。

LogInfo 是日志输出对象，其参数为：

  • msg：被输出的日志信息。

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