《鴻蒙機(jī)器人編程》課件-4-ROS通信與工作機(jī)制

ROS工作原理及通信機(jī)制課程內(nèi)容智能機(jī)器人工作流程ROS的工作原理及基本概念ROS消息通信機(jī)制ROS服務(wù)通信機(jī)制ROS動作通信機(jī)制ROS參數(shù)服務(wù)器通信機(jī)制?NXROBO20182智能機(jī)器人工作流程?NXROBO20183智能機(jī)器人的傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式?NXROBO20184mainfun_afun_bfun_cfun_cfun_dfun_efun_ffun_dfun_dROS的工作機(jī)制——ComputationalGraph（計(jì)算圖）?NXROBO20185計(jì)算圖：node為頂點(diǎn)，topic/service為邊ROS的工作機(jī)制——ComputationalGraph（計(jì)算圖）?NXROBO20186小烏龜機(jī)器人例子智能機(jī)器人基于ROS的實(shí)現(xiàn)方式?NXROBO20187智能機(jī)器人基于ROS的實(shí)現(xiàn)方式?NXROBO20188ROS通信層術(shù)語–Resource、NamespaceResource：構(gòu)成計(jì)算圖的一切東西都可以稱為資源，比如：node、topic、service、parameter等為了方便使用這些資源，需要對這些資源進(jìn)行命名，而且要求在系統(tǒng)中具有唯一性Namespace：為了避免名字沖突，ROS提出了一種策略：給同一個(gè)功能模塊的資源名字加上一個(gè)“前綴”，這個(gè)前綴就叫做名字空間(Namespace)。可以對比C++中的Namespace概念，或文件夾（文件目錄）的概念，Namespace對于避免名字沖突和提升代碼重用性具有很好的作用。9?NXROBO2022ROS通信層術(shù)語-NodeNode：是一個(gè)數(shù)據(jù)處理或執(zhí)行動作的進(jìn)程，是計(jì)算圖中的獨(dú)立個(gè)體，系統(tǒng)中的獨(dú)立功能單元。怎樣設(shè)計(jì)node?密集的通信會導(dǎo)致系統(tǒng)性能的下降而過于緊密的聚合度會增加代碼的耦合度10?NXROBO2022ROS通信層術(shù)語–MasterNodeMasternode：計(jì)算圖中的管理通信節(jié)點(diǎn)所有信息的中心節(jié)點(diǎn)（超級節(jié)點(diǎn)）它跟蹤節(jié)點(diǎn)中的publisher與subscriber，service的server與client，記錄其他節(jié)點(diǎn)的位置（uri標(biāo)明，host與port），并將這些信息通知給需要建立鏈接的節(jié)點(diǎn)ROS中無時(shí)間同步?。OStime為當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間！多機(jī)需要同步系統(tǒng)時(shí)間的工具來實(shí)現(xiàn)RPS內(nèi)時(shí)鐘同步。11?NXROBO2022ROS通信層術(shù)語-TopicTopic：ROS中廣為使用的publish-subscribe異步的通信模式。這種方式將信息的產(chǎn)生和使用雙方解耦，首發(fā)雙方的信息都是由masternode進(jìn)行管理。常用于不斷更新的，含有較少邏輯處理的數(shù)據(jù)通信12?NXROBO2022ROS通信層術(shù)語-ServiceService：用于處理ROS通信中的同步通信，采用server/client語義。每個(gè)servicetype擁有request與response兩部分，對于service中的Server，ROS不會檢查重名（nameconflict），只有最后注冊的server會生效，與client建立連接。常用于資料量較小，但有強(qiáng)邏輯處理的數(shù)據(jù)交換。13?NXROBO2022ROS通信層術(shù)語-ParameterParameter可以看作為ROS系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)中定義的全局變量，而Masternode中有Parameterserver來維護(hù)這些變量。這些變量的命名同樣遵循namespace的命名規(guī)則namespace的存在使得parameter擁有非常清晰的層次，有效避免重名而且對parameter訪問可以單獨(dú)訪問也可以樹狀訪問（層層解析namespace）14?NXROBO2022ROS通信層術(shù)語-URI作用：定位node在分布式系統(tǒng)中的位置格式為：protocol://host:portProtocol一般為http或者rosrpc，host為hostname或者IP地址，port則為端口號。比如，在多臺計(jì)算機(jī)上運(yùn)行ROS的時(shí)候，通常需要指定ROSMaster的位置（整個(gè)系統(tǒng)只能有一個(gè)）15?NXROBO2022ROS_MASTER_URI=:11311ROS通信層術(shù)語-XML-RPCROS通過遠(yuǎn)程過程調(diào)用來建立節(jié)點(diǎn)之間的連接以及數(shù)據(jù)傳輸，ROS中的遠(yuǎn)程過程調(diào)用通過XML-RPC協(xié)議實(shí)現(xiàn)XML-RPC：ROS通信網(wǎng)路中的基礎(chǔ)，一種通用遠(yuǎn)程調(diào)用協(xié)議用于masternode與其他節(jié)點(diǎn)之間的信息交換傳輸文本使用XML支持（支持語言類型多）調(diào)用時(shí)無狀態(tài)（邏輯較為簡單）ROS中topic/servicep2p傳輸時(shí)的nodename信息交換與parameterserver都是由XML-RPC進(jìn)行支持16?NXROBO2022ROS通信層術(shù)語-XML-RPCParameterserver直接使用XML-RPC的數(shù)據(jù)類型：int

或者i4是32位的有符號整型，十進(jìn)制表示中，前綴-號則為負(fù)數(shù)。boolean

只有兩種取值，0和1，用于表示布爾類型。double

實(shí)數(shù)類型，前綴-號表示負(fù)數(shù)。dataTime.iso8601日期時(shí)間，用iso-8601格式表示。base64

用base64算法編碼的二進(jìn)制字符串。arrayvalues組成的表，在data實(shí)體下一層Struct

又稱為map表示關(guān)系的集合，每一個(gè)struct實(shí)體是由一個(gè)name與value的鍵值對組成。17?NXROBO2022ROS消息通信機(jī)制?NXROBO202218cameraviewer/imagessensor_msgs::Imagepublishsensor_msgs::ImagesubscribeROS消息通信機(jī)制?NXROBO202219ROS消息通信過程——實(shí)例20?NXROBO2022ROS消息通信過程——實(shí)例21?NXROBO2022ROS消息的數(shù)據(jù)類型22std_msgs/Headerheaderfloat32angle_minfloat32angle_maxfloat32angle_incrementfloat32time_incrementfloat32scan_timefloat32range_minfloat32range_maxfloat32[]rangesfloat32[]intensities系統(tǒng)已有的標(biāo)準(zhǔn)消息類型?NXROBO2022生成自己的自定義類型：在package.xml中在CMakeLists.txt中catkin_make!23<build_depend>message_generation</build_depend><run_depend>message_runtime</run_depend>add_message_files(FILES

point.msg)ROS消息的數(shù)據(jù)類型point.msg文件?NXROBO2022ROS消息通信機(jī)制——特點(diǎn)24異步“stream-like”通信異步的publish-subscribe通信模式可以有多個(gè)發(fā)布者，可以多個(gè)訂閱者TCP/IP或UDP傳輸協(xié)議強(qiáng)類型消息傳輸非阻塞方式，調(diào)用完馬上返回常用于不斷更新的，含有較少邏輯處理的數(shù)據(jù)通信?NXROBO2022ROS服務(wù)通信機(jī)制25?NXROBO2022ROS服務(wù)通信機(jī)制26?NXROBO2022ROS服務(wù)通信機(jī)制27two_num_addition.srv文件系統(tǒng)已有的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)類型自定義自己的服務(wù)類型?NXROBO2022ROS服務(wù)通信機(jī)制——特點(diǎn)28同步“function-call-like”通信CS-模式只能有一個(gè)服務(wù)器，可以有多個(gè)客戶端TCP/IP或UDP傳輸協(xié)議強(qiáng)類型消息傳輸阻塞方式，一旦調(diào)用，客戶端得等待服務(wù)器端執(zhí)行完才返回，繼續(xù)執(zhí)行下面語句常用于工作量較小的情形，但有強(qiáng)邏輯處理的數(shù)據(jù)交換。?NXROBO2022ROS動作通信機(jī)制29?NXROBO2022ROS動作通信機(jī)制——特點(diǎn)30形式上與service相同，屬于直接點(diǎn)對點(diǎn)通信調(diào)用形式與message方式類似，非阻塞方式，調(diào)用后立即返回，可以繼續(xù)執(zhí)行下面的語句提供了一種狀態(tài)查詢及反饋機(jī)制，讓客戶端了解服務(wù)器端的執(zhí)行情況常用于計(jì)算量較大的情形，且有強(qiáng)邏輯處理的數(shù)據(jù)交換。?NXROBO2022ROSParameterServer通信機(jī)制

Parameterserver就設(shè)置在masternode中。31?NXROBO2022DynamicReconfigure給出一種實(shí)時(shí)監(jiān)測masternode中參數(shù)變化，并對node中相應(yīng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行修改的機(jī)制：dynamicreconfigure。原理略過。我們來通過例子來看看這個(gè)機(jī)制的強(qiáng)大。打開ROS中的自主導(dǎo)航+2D仿真器Stage(需已先裝上n