【移动机器人运动规划（ROS）】04_ROS-launch文件-TF变换-参数服务＞
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ros-launch
launch文件是ROS提供的一种启动多节点的文件，格式是XML格式，它能够使得启动多个ROS节点的过程变得简单，同时也简化了ROS参数服务器进行参数设置的过程，文件命末尾以.launch结尾。在前边提到过，一般的，我们会在功能包的路径下建立一个文件夹名为launch，用于存放属于该功能包delaunch文件。
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格式
# ROS提供了roslaunch工具，与rosrun不一样的是，roslaunch可以同时启动多个节点，只需要把多个节点写进运行的launch文件中即可 roslaunch <pkg_name> <launch_file_name> # pkg_name：是表示功能包的名字，根据实际情况，换成launch文件所在功能包的名字； #launch_file_name：表示需要启动的launch文件的文件名。
单个节点launch文件
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格式
<!--launch文件的格式是XML格式的，所有需要有个根元素，launch文件的根元素是一对，出现在launch文件的开头，出现在launch最后边--> <launch> ... ... </launch> <!-- launch文件里边是启动节点程序的，所以核心是一个或者多个node，每个node表示启动的节点程序，一个node启动必须包括以下几点： pkg：节点所在的功能包的名字 type：运行节点的可执行程序的名字 name：节点的名字，不一定要与程序中定义节点名字一样，可以任意命名 在launch文件中一个必要的节点node元素格式如下， --> <node pkg="pkg_name" type="excutable_name" name="node_name"/> <!--注意，最后的/是必不可少的，也可以写成--> <node pkg="pkg_name" type="excutable_name" name="node_name"> </node>
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创建文件
# 我们在ros_ws/src目录下，使用以下命令建立一个功能名为learn_launch cd ~/ros_ws/src/ catkin_create_pkg learn_launch std_msgs rospy roscpp # 然后在learn_launch目录下，新建一个文件夹命名为launch，终端输入， cd ~/ros_ws/src/learn_launch mkdir launch # 回到工作空间目录下进行编译， cd ~/ros_ws catkin_make
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编写launch文件
</！--然后在launch文件夹下，新建一个文件，文件名是turtle_node.launch，把以下内容负责到里边--> <launch> <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="turtle"/> </launch>
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运行launch文件
# 不用重新编译，launch运行后，会自动开启roscore，然后运行小海龟的程序，生成一只小海龟。 roslaunch learn_launch turtle_node.launch
多个节点的launch文件
我们写个launch文件，这个launch文件启动的节点有两个，一个是生成小海龟的节点，一个是运行键盘控制小海龟的节点。
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创建
<!-- 在launch文件夹中，新建一个文件，命名为turtle_ctrl.launch，把以下内容复制到里边，--> <launch> <node pkg="turtlesim" type="turtle_teleop_key" name="turtle_teleop"/> <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="turtlesim"/> </launch>
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运行
# 运行后，点击终端界面，按下键盘上下左右键，即可控制海龟运动 roslaunch learn_launch turtle_ctrl.launch # 我们可以通过rosnode list命令来查看当前运行的节点有哪些 rosnode list # /turtle和/turtle_ctrl就是对应的小海龟节点以及控制节点，对应的名字就是launch文件代码中node的name的值
launch文件中加载运行Launch
launch文件中，不仅可以运行节点，还可以加载运行launch文件，也就是嵌套使用
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格式
<!-- package_name：表示launch文件所在的功能包 launch_file_name：表示需要运行的launch文件的文件名字 --> <include file=”$(find package_name)/launch/launch_file_name”/> <!-- 我们新建个文件，命名为listen_turtle_pose.launch 这个程序实现这样的功能：程序运行后，会生成一只小海龟，终端会打印出小海龟的xy坐标； 点击终端我们通过键盘控制控制小海龟，小海龟移动， 终端会实时打印出小海龟的xy坐标。把以下内容复制粘贴到listen_turtle_pose.launch文件中， 这里在node这里启动的时候加入了一个参数output，因为我们是想要在终端打印这个信息的， 所以是输出到屏幕screen还有两个值分别是log输出到日志，none无输出 --> <launch> <include file="$(find learn_launch)/launch/turtle_ctrl.launch"/> <node pkg="learn_topic" type="turtle_pose_subscriber" name="turtle_pose" output="screen"/> </launch>
launch文件加载参数
在launch文件中，有两个变量是表示参数的，分别是arg和param，
arg用在launch文件内，可以灵活配置，arg的值可以作为param的值；
param用在节点的参数服务器，也就是用在节点程序当中；
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格式
<!-- arg: 用于定义参数化的参数，可以在启动的时候传入不同的参数值，包括以下两个部分： -name：参数的名称 -default：参数的默认值 --> <arg name="arg_name" default="default_value"/> <!-- param: 用于在参数服务器（Parameter Server）中设置参数，包括以下两个部分： -name：参数的名称 -value：参数的值 --> <param name="parameter_name" value="parameter_value"/>
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示例
<!--> 在launch文件夹新建一个launch文件，命名为set_backgroud_color.launch，这个程序启动后，会根据我们设定的参数来修改生成小海龟的背景板的颜色，把以下内容复制到set_backgroud_color.launch文件中， <--> <launch> <arg name="r_value" default="100"/> <arg name="g_value" default="0"/> <arg name="b_value" default="100"/> <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="turtle"> <param name="/background_r" value="$(arg r_value)"/> <param name="/background_g" value="$(arg g_value)"/> <param name="/background_b" value="$(arg b_value)"/> </node> </launch>
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运行
roslaunch learn_launch set_backgroud_color.launch # 背景板的颜色变成我们设定的rgb值为（100，0，100）的颜色了。我们还可以在启动的时候，在命令行修改rgb的值，只要带上参数即可，例如，终端输入， roslaunch learn_launch set_backgroud_color.launch b_value:=2 # 可以看出，我们在启动命令的时候，把b_value的值修改成2，然后传入进去。这里的参数是怎么传递的呢？在node标签里边，我们设置了三个参数，分别是/background_r、/background_g和/background_b，它们value的值，分别是$(arg r_value)、$(arg g_value)和$(arg b_value)；再看看r_value、g_value和b_value的默认值，分别是上边arg标签里边的100、0和100，这就很明了了：我们在arg里定义的值，然后在arg里定义的值传给param里的value。在引用的时候加上$(arg g_value)即可，当然，你也可以不用，也就是写成把那么这样，这个/background_g的参数值就是固定的255了。
launch文件重映射话题名字
在实际的开发过程中，原本预设定话题的名字往往需要根据其他节点的话题名字进行修改，源码修改比较麻烦，C++版本的代码修改完还需要编译，比较麻烦，但在launch文件中，用标签即可实现重映射话题名字，把预设定的话题的名字映射成其它的
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格式
<!-- original_topic：原来节点程序里边设定的话题名字 remapped_topic：映射后的话题名字 --> <remap from="original_topic" to="remapped_topic" />
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示例
# 举例说明如何使用标签，在launch文件夹下新建一个文件，命名为remap_topic.launch， # 程序运行后，会把小海龟的速度控制话题名称修改成设定的话题名称，我们先看下原本的是什么，先启动小海龟看看 roslaunch learn_launch turtle_node.launch # 查看话题 rostopic list # 此时的速度控制话题是/turtle1/cmd_vel，把以下代码粘贴到remap_topic.launch， <launch> <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="turtle"> <remap from="/turtle1/cmd_vel" to="/ctrl_vel"/> </node> </launch> # 运行 roslaunch learn_launch remap_topic.launch # 查看话题 rostopic list # 这时候，原来的/turtle1/cmd_vel没有了，映射成/ctrl_vel了，这是因为我们在launch文件，重新映射了话题，
launch文件中使用条件语句
我们在launch文件中，可以加上条件判断来选择启动的节点程序，条件判断在launch文件中由
if和unless来控制
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示例
<!-- 在launch文件夹新建一个文件命名为condition_ctrl_turtle.launch，程序运行后，根据实际的参数，进行判断是否启动键盘控制节点来控制小海龟，把以下内容复制到condition_ctrl_turtle.launch中， if里边判断是true，unless判断是false --> <launch> <arg name="ctrl_node" default="true"/> <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="turtle"/> <node pkg="turtlesim" type="turtle_teleop_key" name="turtle_ctrl" if="$(eval arg('ctrl_node') == true)"/> </launch> -
运行
roslaunch learn_launch condition_ctrl_turtle.launch # 查看节点 rosnode list # 可以看到，我们是启动了小海龟的控制节点的，我们点击launch启动的终端，即可用上下左右来控制小海龟移动了。我们把参数ctrl_node设置成false试下，关闭启动的launch文件，终端输入， roslaunch learn_launch condition_ctrl_turtle.launch ctrl_node:=false # 查看节点 rosnode list # 查询得知是没有运行控制节点的，因为if判断是参数ctrl_node为true的时候，才启动键盘控制程序，
launch文件中使用命名空间
launch文件中有个组的概念，标签是，它可以将指定的节点nodes组织起来，将几个nodes放进同一个namespace中。namespace是命名空间，作用是避免名称冲突，ros系统中不允许出现相同的节点名字。比如说，我们想要在在一个终端打开两个小海龟的节点，如果没有命名空间，直接启动的话，是会产生冲突导致程序退出的，因此，我们需要在launch文件中，加上命令空间namespace，相当于在相同节点前再添加一个标识来区分两个节点。
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格式
<!-- 在group中，添加namespece参数，即表示，在本组group里边所有的节点前都添加了命名空间，使用的格式入下， --> <group ns="namespace"> <node pkg=".." .../> </group>
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示例
<!-- namespace改成自定义的内容，举个例子来说明下，在launch文件下新建一个launch文件，命名为group_turtle.launch，把以下内容，复制到group_turtle.launch中， --> <launch> <group ns="robot1"> <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="turtle"/> </group> <group ns="robot2"> <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="turtle"/> </group> </launch>
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运行
# 保存后退出，程序运行后，会打开两个窗口，分别生成两只海龟， roslaunch learn_launch group_turtle.launch # 查看节点 rosnode list # 查询得知有两个小海龟的节点分别是/robot1/turtle和/robot2/turtle，这个两个节点名字前分别加上了/robot1和/robot2来区别两个节点，查看话题 rostopic list # 查询得知，前边同样是加上了/robot1和/robot2作为区分。我们在group中加上了ns，即可为所有节点名前添加命名空间，
ros-TF
TF变换，就是坐标转换，包括了位置和姿态两个方面的变换。它使用树形数据结构，根据时间缓冲并维护多个坐标系之间的坐标变换关系，可以帮助开发者在任意时间、坐标系间完成点、向量等坐标变换。本节课程来说明在ros系统中，常用的TF工具有哪些，以及如何广播/监听变换。
TF常用工具
在介绍TF工具的时候，先搞清楚两个重要的概念source_frame和target_frame，也称parent_frame和child_frame。它们各自代表的是一个坐标系，我们广播或者监听TF变换的时候，其实就是广播和监听这两者的相对位姿的变换。
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常用工具
# tf_monitor: 用于打印TF树中所有坐标系的发布状态， rosrun tf tf_monitor # 可以打印指定的坐标的发布状态，需要在后边加上指定坐标系的名称，终端输入， rosrun tf tf_monitor source_frame target_frame # tf_echo: 用于查看指定坐标系之间的变换关系，终端输入， rosrun tf tf_echo source_frame target_frame # static_transform_publisher: 用于发布两个坐标系之间的静态坐标变换，这两个坐标系不发生相对位置变化。 # 该工具需要设置坐标的偏移参数和旋转参数，发布频率以ms为单位。 # 欧拉角yaw（围绕z轴旋转的偏航角）pitch（围绕y轴旋转的俯仰角）roll（围绕x轴旋转的翻滚角） rosrun tf static_transform_publisher x y x yaw pitch roll frame_id child_frame_id period_in_ms # 四元数格式显示 static_transform_publisher x y z qx qy qz qw frame_id child_frame_id period_in_ms # rqt_tf_tree: 观察在ros上被发布的坐标系树，可用刷新按钮来更新树的内容 rosrun rqt_tf_tree rqt_tf_tree
TF变换广播与监听编程实现
创建tf广播器
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创建tf广播器
# 首先创建一个功能包，命令为learn_tf cd ~/ros_ws/src catkin_create_pkg learn_tf rospy roscpp turtlesim tf # 回到工作空间，编译 cd ~/ros_ws catkin_make # 在功能包learn_tf的src文件夹,创建一个c++文件（文件后缀为.cpp），命名为turtle_tf_broadcaster.cpp #include <ros/ros.h> #include <tf/transform_broadcaster.h> #include <turtlesim/Pose.h> std::string turtle_name; void poseCallback(const turtlesim::PoseConstPtr& msg) { static tf::TransformBroadcaster br;// 创建tf的广播器 // 初始化tf数据 tf::Transform transform; transform.setOrigin( tf::Vector3(msg->x, msg->y, 0.0) );//设置xyz坐标 tf::Quaternion q; q.setRPY(0, 0, msg->theta);//设置欧拉角：以x轴，y轴，z轴旋转 transform.setRotation(q); br.sendTransform(tf::StampedTransform(transform, ros::Time::now(), "world",turtle_name));// 广播world与turtle坐标系之间的tf数据 } int main(int argc, char** argv) { ros::init(argc, argv, "turtle_world_tf_broadcaster");// 初始化ROS节点 if (argc != 2) { ROS_ERROR("Missing a parameter as the name of the turtle!"); return -1; } turtle_name = argv[1];// 输入参数作为海龟的名字 // 订阅海龟的位姿话题/pose ros::NodeHandle node; ros::Subscriber sub = node.subscribe(turtle_name+"/pose", 10,&poseCallback); // 循环等待回调函数 ros::spin(); return 0; }; -
cmake
add_executable(turtle_tf_broadcaster src/turtle_tf_broadcaster.cpp) target_link_libraries(turtle_tf_broadcaster ${catkin_LIBRARIES}) -
编译
cd ~/ros_ws catkin_make
TF监听器
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TF监听器
# 在功能包learn_tf的src文件夹,创建一个c++文件（文件后缀为.cpp），命名为turtle_tf_listener.cpp /** * 该例程监听tf数据，并计算、发布turtle2的速度指令 turtle2->turtle1 = world->turtle*world->turtle2 */ #include <ros/ros.h> #include <tf/transform_listener.h> #include <geometry_msgs/Twist.h> #include <turtlesim/Spawn.h> int main(int argc, char** argv) { ros::init(argc, argv, "turtle1_turtle2_listener");// 初始化ROS节点 ros::NodeHandle node; // 创建节点句柄 // 请求服务产生turtle2 ros::service::waitForService("/spawn"); ros::ServiceClient add_turtle = node.serviceClient<turtlesim::Spawn>("/spawn"); turtlesim::Spawn srv; add_turtle.call(srv); // 创建发布turtle2速度控制指令的发布者 ros::Publisher vel = node.advertise<geometry_msgs::Twist> ("/turtle2/cmd_vel", 10); tf::TransformListener listener;// 创建tf的监听器 ros::Rate rate(10.0); while (node.ok()) { // 获取turtle1与turtle2坐标系之间的tf数据 tf::StampedTransform transform; try { listener.waitForTransform("/turtle2", "/turtle1", ros::Time(0),ros::Duration(3.0)); listener.lookupTransform("/turtle2", "/turtle1", ros::Time(0),transform); } catch (tf::TransformException &ex) { ROS_ERROR("%s",ex.what()); ros::Duration(1.0).sleep(); continue; } // 根据turtle1与turtle2坐标系之间的位置关系，通过数学计算公式，得出角速度和线速度，发布turtle2的速度控制指令 geometry_msgs::Twist turtle2_vel_msg; turtle2_vel_msg.angular.z = 6.0 * atan2(transform.getOrigin().y(),transform.getOrigin().x()); turtle2_vel_msg.linear.x = 0.8 * sqrt(pow(transform.getOrigin().x(), 2)+pow(transform.getOrigin().y(), 2)); vel.publish(turtle2_vel_msg); rate.sleep(); } return 0; }; -
cmake
add_executable(turtle_tf_listener src/turtle_tf_listener.cpp) target_link_libraries(turtle_tf_listener ${catkin_LIBRARIES}) -
编译
cd ~/ros_ws catkin_make
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运行
# 首先开启roscore roscore # 运行小海龟节点 rosrun turtlesim turtlesim_node # 运行广播tf程序，广播turtle1->world rosrun learn_tf turtle_tf_broadcaster __name:=turtle1_tf_broadcaster /turtle1 # 运行广播tf程序，广播turtle2->world rosrun learn_tf turtle_tf_broadcaster __name:=turtle2_tf_broadcaster /turtle2 # 运行监听tf程序 rosrun learn_tf turtle_tf_listener # 运行键盘控制小海龟节点 rosrun turtlesim turtle_teleop_key # 查看TF树 rosrun rqt_tf_tree rqt_tf_tree `如上图所示，turtle1与turtle2都与world有TF变换关系，所有，当turtle1相对与world发生相对坐标变换的时候，turtle2就知道turtle1在哪里，然后计算两者的相对位姿，调整turtle2的线速度和角速度，向turtle1所在的位置移动。`
ros-参数服务
参数服务器是节点存储参数的地方，可以通过修改参数来实现调试程序的作用。ros系统中，关于参数服务器的工具是rosparam。本节课程就说明下rosparam命令的使用方法。
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示例
# 罗列出当前运行的ros节点中，参数服务器中的所有参数，例如，我们运行小海龟的节点，然后用该命令查看下有哪些参数 roslaunch learn_launch turtle_node.launch # 成功运行后，另一个终端输入rosparam list，查询参数 rosparam list # 获取某个参数的参数值，终端输入rosparam get 需要查询的某个参数即可查询得到，接着上边的小海龟程序，查询下/turtle/background_b的值是多少 rosparam get /turtle/background_b # 设置某个参数的参数值，终端输入rosparam set 需要设置的参数 需要设置的参数值 即可设置参数值，接着上边小海龟的程序，设置/turtle/background_b为0看下效果 rosparam set /turtle/background_b 0 # 发现输入后小海龟的背景没有改变，那是因为该参数不支持动态调节传入，我们可以再用上边指令rosparam get来获取一次，终端输入， rosparam get /turtle/background_b `如上图所示，查询得知/turtle/background_b的参数值修改成0了` # 用于删除某个参数，终端输入rosparam delete 需要删除的参数，即可删除参数，接着上边的小海龟程序，删除/turtle/background_b参数 rosparam delete /turtle/background_b # 输入rosparam list来查询下删除后，是否还有/turtle/background_b rosparam list `查询得知，已经没有了/turtle/background_b该参数` # 用于导出当前ros参数服务表的所有参数值并且保存到一个文件，终端输入rosparam dump保存参数的文件即可导出到指定文件，接着上边的小海龟程序，导出参数到终端目录下的turtle.yaml rosparam dump turtle.yaml `在终端目录下，可以看到有个turtle.yaml文件，双击打开` # 加载参数表文件到参数服务器，实现多个参数同时修改的功能，终端输入rosparam load 参数表文件名，我们刚才导出了一个turtle.yaml的参数表，复制一份修改里边的内容，命名为turtle_changed.yaml，把里边的background_g和background_r值改成0和255 background_g: 0 background_r: 255 # 保存后退出，然后在参数表文件所在的目录下打开终端输入 rosparam load turtle_changed.yaml # 然后，我们输入参数查询的指令，查询下 background_g和background_r的值， rosparam get /turtle/background_g rosparam get /turtle/background_r `查询得知，确实如我们参数表那样设置的数值一致。` # 在launch文件中，还可以传入这个yaml来设置参数。一般的，我们会在learn_launch文件夹下，新建一个param文件夹来存放参数表文件，所以我们在learn_launch文件夹下建立一个文件夹，命名为param， cd ~/ros_ws/src/learn_launch mkdir param # 然后，在param文件夹下，新建一个文件，命名为background_rgb.yaml，用于设置小海龟的背景板，把以下内容复制到background_rgb.yaml里， background_b: 0 background_g: 100 background_r: 255 # 注意冒号：后边是有空格，这里的background_b、background_g、background_r则是对应了小海龟的参数，保存后退出，在launch文件夹下新建一个launch文件，命名为turtle_param_set.launch，把以下内容复制到里边， <launch> <node pkg="turtlesim" type="turtlesim_node" name="turtle"> <rosparam file="$(find learn_launch)/param/background_rgb.yaml" command="load"/> </node> </launch> # 终端输入以下指令运行launch文件 roslaunch learn_launch turtle_param_set.launch `成功运行后如上图所示，终端还会打印出background_b、background_g、background_r的值，与参数表里的一致，说明加载成功，小海龟的背景也由默认的蓝色换成图中所示的颜色。launch文件中，加载参数表的代码如下，` <rosparam file="$(find pkg_name)/param/file_name.yaml" command="load"/> # 其中，pkg_name是功能包的名字，file_name.yaml表示的是参数表文件的名字，且默认参数表文件是放在功能包文件夹下的param文件夹下。 <rosparam file="$(find learn_launch)/param/background_rgb.yaml" command="load"/>
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