《鴻蒙機器人編程》課件-4-ROS通信與工作機制

ROS工作原理及通信機制課程內容智能機器人工作流程ROS的工作原理及基本概念ROS消息通信機制ROS服務通信機制ROS動作通信機制ROS參數(shù)服務器通信機制?NXROBO20182智能機器人工作流程?NXROBO20183智能機器人的傳統(tǒng)實現(xiàn)方式?NXROBO20184mainfun_afun_bfun_cfun_cfun_dfun_efun_ffun_dfun_dROS的工作機制——ComputationalGraph（計算圖）?NXROBO20185計算圖：node為頂點，topic/service為邊ROS的工作機制——ComputationalGraph（計算圖）?NXROBO20186小烏龜機器人例子智能機器人基于ROS的實現(xiàn)方式?NXROBO20187智能機器人基于ROS的實現(xiàn)方式?NXROBO20188ROS通信層術語–Resource、NamespaceResource：構成計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：給同一個功能模塊的資源名字加上一個“前綴”，這個前綴就叫做名字空間(Namespace)?？梢詫Ρ菴++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通信層術語-NodeNode：是一個數(shù)據(jù)處理或執(zhí)行動作的進程，是計算圖中的獨立個體，系統(tǒng)中的獨立功能單元。怎樣設計node?密集的通信會導致系統(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通信層術語–MasterNodeMasternode：計算圖中的管理通信節(jié)點所有信息的中心節(jié)點（超級節(jié)點）它跟蹤節(jié)點中的publisher與subscriber，service的server與client，記錄其他節(jié)點的位置（uri標明，host與port），并將這些信息通知給需要建立鏈接的節(jié)點ROS中無時間同步！！ROStime為當前系統(tǒng)時間！多機需要同步系統(tǒng)時間的工具來實現(xiàn)RPS內時鐘同步。11?NXROBO2022ROS通信層術語-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通信層術語-ServiceService：用于處理ROS通信中的同步通信，采用server/client語義。每個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，但有強邏輯處理的數(shù)據(jù)交換。13?NXROBO2022ROS通信層術語-ParameterParameter可以看作為ROS系統(tǒng)運行時中定義的全局變量，而Masternode中有Parameterserver來維護這些變量。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訪問可以單獨訪問也可以樹狀訪問（層層解析namespace）14?NXROBO2022ROS通信層術語-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，在多臺計算機上運行ROS的時候，通常需要指定ROSMaster的位置（整個系統(tǒng)只能有一個）15?NXROBO2022ROS_MASTER_URI=:11311ROS通信層術語-XML-RPCROS通過遠程過程調用來建立節(jié)點之間的連接以及數(shù)據(jù)傳輸，ROS中的遠程過程調用通過XML-RPC協(xié)議實現(xiàn)XML-RPC：ROS通信網(wǎng)路中的基礎，一種通用遠程調用協(xié)議用于masternode與其他節(jié)點之間的信息交換傳輸文本使用XML支持（支持語言類型多）調用時無狀態(tài)（邏輯較為簡單）ROS中topic/servicep2p傳輸時的nodename信息交換與parameterserver都是由XML-RPC進行支持16?NXROBO2022ROS通信層術語-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，十進制表示中，前綴-號則為負數(shù)。boolean

只有兩種取值，0和1，用于表示布爾類型。double

實數(shù)類型，前綴-號表示負數(shù)。dataTime.iso8601日期時間，用iso-8601格式表示。base64

用base64算法編碼的二進制字符串。arrayvalues組成的表，在data實體下一層Struct

又稱為map表示關系的集合，每一個struct實體是由一個name與value的鍵值對組成。17?NXROBO2022ROS消息通信機制?NXROBO202218cameraviewer/imagessensor_msgs::Imagepublishsensor_msgs::ImagesubscribeROS消息通信機制?NXROBO202219ROS消息通信過程——實例20?NXROBO2022ROS消息通信過程——實例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)已有的標準消息類型?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消息通信機制——特點24異步“stream-like”通信異步的publish-subscribe通信模式可以有多個發(fā)布者，可以多個訂閱者TCP/IP或UDP傳輸協(xié)議強類型消息傳輸非阻塞方式，調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服務通信機制25?NXROBO2022ROS服務通信機制26?NXROBO2022ROS服務通信機制27two_num_addition.srv文件系統(tǒng)已有的標準服務類型自定義自己的服務類型?NXROBO2022ROS服務通信機制——特點28同步“function-call-like”通信CS-模式只能有一個服務器，可以有多個客戶端TCP/IP或UDP傳輸協(xié)議強類型消息傳輸阻塞方式，一旦調用，客戶端得等待服務器端執(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，但有強邏輯處理的數(shù)據(jù)交換。?NXROBO2022ROS動作通信機制29?NXROBO2022ROS動作通信機制——特點30形式上與service相同，屬于直接點對點通信調用形式與message方式類似，非阻塞方式，調用后立即返回，可以繼續(xù)執(zhí)行下面的語句提供了一種狀態(tài)查詢及反饋機制，讓客戶端了解服務器端的執(zhí)行情況常用于計算量較大的情形，且有強邏輯處理的數(shù)據(jù)交換。?NXROBO2022ROSParameterServer通信機制

Parameterserver就設置在masternode中。31?NXROBO2022DynamicReconfigure給出一種實時監(jiān)測masternode中參數(shù)變化，并對node中相應運行參數(shù)進行修改的機制：dynamicreconfigure。原理略過。我們來通過例子來看看這個機制的強大。打開ROS中的自主導航+2D仿真器Stage(需已先裝上n