ROS2架构和实现

Wed, 07 May 2025 10:20:33 +0800

ROS2是机器人领域的著名SDK，可以加速学习效率。ROS2主要解决了两个问题：

通信：基于Node，包含topic、service、action通信方式
代码架构：模块化开发，简化维护

一、架构

userland: code

client: rclc rclcpp rclpy etc…

abstract: rcl

middleware: rmw rmw_implementation rmw_fastrtps etc …

dds: fastdds Context_RTI etc…

二、实现

ROS2代码惯例：

./
../
include/... # 头文件
src/...     # 实现

1、Node实现

推荐继承Node实现业务功能, 主要选择合理的通信方式，注册回调函数。

namespace palomino
{
    class VincentDriver : public rclcpp::Node
    {
        // ...
    };
}

int main(int argc, char * argv[])
{
    rclcpp::init(argc, argv);
    rclcpp::spin(std::make_shared<palomino::VincentDriver>());
    rclcpp::shutdown();
    return 0;
}

Node的声明：


// node.hpp

class Node : public std::enable_shared_from_this<Node>
{
public:
  explicit Node(
    const std::string & node_name,
    const NodeOptions & options = NodeOptions());

  explicit Node(
    const std::string & node_name,
    const std::string & namespace_,
    const NodeOptions & options = NodeOptions());

  virtual ~Node();

  // 创建发布者
  template<
    typename MessageT,
    typename AllocatorT = std::allocator<void>,
    typename PublisherT = rclcpp::Publisher<MessageT, AllocatorT>>
  std::shared_ptr<PublisherT>
  create_publisher(
    const std::string & topic_name,
    const rclcpp::QoS & qos,
    const PublisherOptionsWithAllocator<AllocatorT> & options =
    PublisherOptionsWithAllocator<AllocatorT>()
  );
  
  // 创建订阅者
  template<
    typename MessageT,
    typename CallbackT,
    typename AllocatorT = std::allocator<void>,
    typename SubscriptionT = rclcpp::Subscription<MessageT, AllocatorT>,
    typename MessageMemoryStrategyT = typename SubscriptionT::MessageMemoryStrategyType
  >
  std::shared_ptr<SubscriptionT>
  create_subscription(
    const std::string & topic_name,
    const rclcpp::QoS & qos,
    CallbackT && callback,
    const SubscriptionOptionsWithAllocator<AllocatorT> & options =
    SubscriptionOptionsWithAllocator<AllocatorT>(),
    typename MessageMemoryStrategyT::SharedPtr msg_mem_strat = (
      MessageMemoryStrategyT::create_default()
    )
  );

  // 创建service的客户端
  template<typename ServiceT>
  typename rclcpp::Client<ServiceT>::SharedPtr
  create_client(
    const std::string & service_name,
    const rclcpp::QoS & qos = rclcpp::ServicesQoS(),
    rclcpp::CallbackGroup::SharedPtr group = nullptr);

  // 创建service的服务端
  template<typename ServiceT, typename CallbackT>
  typename rclcpp::Service<ServiceT>::SharedPtr
  create_service(
    const std::string & service_name,
    CallbackT && callback,
    const rclcpp::QoS & qos = rclcpp::ServicesQoS(),
    rclcpp::CallbackGroup::SharedPtr group = nullptr);

  // 参数相关操作方法
  // 其他服务方法

protected:
  Node(
    const Node & other,
    const std::string & sub_namespace);

private:

  rclcpp::node_interfaces::NodeBaseInterface::SharedPtr node_base_;
  rclcpp::node_interfaces::NodeGraphInterface::SharedPtr node_graph_;
  rclcpp::node_interfaces::NodeLoggingInterface::SharedPtr node_logging_;
  rclcpp::node_interfaces::NodeTimersInterface::SharedPtr node_timers_;
  rclcpp::node_interfaces::NodeTopicsInterface::SharedPtr node_topics_;
  rclcpp::node_interfaces::NodeServicesInterface::SharedPtr node_services_;
  rclcpp::node_interfaces::NodeClockInterface::SharedPtr node_clock_;
  rclcpp::node_interfaces::NodeParametersInterface::SharedPtr node_parameters_;
  rclcpp::node_interfaces::NodeTimeSourceInterface::SharedPtr node_time_source_;
  rclcpp::node_interfaces::NodeTypeDescriptionsInterface::SharedPtr node_type_descriptions_;
  rclcpp::node_interfaces::NodeWaitablesInterface::SharedPtr node_waitables_;

  const rclcpp::NodeOptions node_options_;
  const std::string sub_namespace_;
  const std::string effective_namespace_;

  class NodeImpl;
  // This member is meant to be a place to backport features into stable distributions,
  // and new features targeting Rolling should not use this.
  // See the comment in node.cpp for more information.
  std::shared_ptr<NodeImpl> hidden_impl_{nullptr};
};

2、启动

上面的代码示例中，main函数调用了三个ROS2 C++客户端库的函数：

ROS2 on Jerry Wang

ROS2架构和实现

一、架构

二、实现

1、Node实现

2、启动