【ROS 基础教学系列】ROS参数服务器(Param)

农民 · 2024-11-14 04:24:01

ROS 基础教学系列-ROS参数服务器(Param)

前言

参数服务器在ROS中重要用于实现不同节点之间的数据共享。
参数服务器相当于是独立于全部节点的一个公共容器，可以将数据存储在该容器中，被不同的节点调用，当然不同的节点也可以往其中存储数据。
使用场景一般存储一些机器人的固有参数，如产品定义、全局配置等。
重要头脑就是一个共享数据域，供不同节点使用。

一、参数服务器通讯模型

参数服务器模型涉及到三个角色：

Master (管理者)
Setter（设置者）
User（使用者）

Master 负责管理参数与 Setter/User 的利用，Setter 可以向 Master 设置参数，User 可以从 Master 获取参数。
这里只是方便分析，实际上通讯方利用参数前不会向 ROS Master 注册身份信息，以是对 ROS Master 而言，没有 Setter 与 User 之分，每个访问参数服务器的通讯方都是使用者。

通讯流程：
1）Setter设置参数
Setter 通过 RPC 向参数服务器设置参数(包罗参数名与参数值)，ROS Master 将参数生存到参数列表中。
2）User获取参数
User 通过 RPC 向参数服务器发送参数查找请求，请求中包含要查找的参数名。
3）ROS Master返回参数信息
ROS Master 根据请求提供的参数名查找参数值，并将查询结果通过 RPC 发送给 User。
参数服务器使用 XMLRPC 数据格式存储参数，支持的数据范例如下：

32-bit integers
booleans
strings
doubles
iso8601 dates
lists
base64-encoded binary data

二、Param Hello World

代码学习开始于 Hello World，同样，使用Hello World先容参数服务器的简单使用。
使用参数服务器，通讯方利用参数前没有向 ROS Master 注册身份信息，直接对参数进行利用。
接下来实现一个简单的参数利用，设置不同数据范例的参数，如机器人的 名字(name)、长(length)、宽(width)、高(height) 等，并对其进行读取删除等利用。
2.1 创建并初始化功能包

（这一步不是必须，这里只是为了方便清楚的分析，也可以使用已有的包，在包里新增节点等方法）
首先创建 param_hello_world 包，下令如下：

catkin_create_pkg param_hello_world roscpp rospy

复制代码

创建后，文件布局如下：

2.2 利用参数（C++版）

ROS 为 C++ 提供了两套 API，如下：
通过 ros::NodeHandle 对象调用
通过 ros::param 名空间调用
示例如下：
在创建的 param_hello_world 包路径下有一个 src 目录，在这里存储C++源码，我们创建 param_hello_world_set.cpp 和 param_hello_world_get.cpp ，修改 CMakeLists.txt ，添加如下内容：

add_executable(${PROJECT_NAME}_set src/param_hello_world_set.cpp)
add_executable(${PROJECT_NAME}_get src/param_hello_world_get.cpp)
target_link_libraries(${PROJECT_NAME}_set
${catkin_LIBRARIES}
)
target_link_libraries(${PROJECT_NAME}_get
${catkin_LIBRARIES}
)

复制代码

编辑 param_hello_world_set.cpp 内容如下：

#include <ros/ros.h>
int main(int argc, char **argv)
{
setlocale(LC_ALL, "");
ros::init(argc, argv, "param_hello_world_set");
ros::NodeHandle nh;
std::cout << std::endl
<< "********** ros::NodeHandle **********" << std::endl;
{
std::string name = "vbot";
std::string geometry = "rectangle";
double wheel_radius = 0.1;
int wheel_num = 4;
bool vision = true;
std::vector<double> base_size = {0.7, 0.6, 0.3};
std::map<std::string, int> sensor_id = {{"camera", 0}, {"laser", 2}};
// 设置参数
std::cout << "-- 设置参数 --" << std::endl;
nh.setParam("name", "vbot"); // 字符串, char*
nh.setParam("geometry", geometry); // 字符串, string
nh.setParam("wheel_radius", wheel_radius); // double
nh.setParam("wheel_num", wheel_num); // int
nh.setParam("vision", vision); // bool
nh.setParam("base_size", base_size); // vector
nh.setParam("sensor_id", sensor_id); // map
// 验证是否设置成功
system("rosparam get name");
system("rosparam get geometry");
system("rosparam get wheel_radius");
system("rosparam get wheel_num");
system("rosparam get vision");
system("rosparam get base_size");
system("rosparam get sensor_id");
}
std::cout << std::endl
<< "********** ros::param **********" << std::endl;
{
std::string name = "vbot";
std::string geometry = "rectangle";
double wheel_radius = 0.1;
int wheel_num = 4;
bool vision = true;
std::vector<double> base_size = {0.7, 0.6, 0.3};
std::map<std::string, int> sensor_id = {{"camera", 0}, {"laser", 2}};
// 设置参数
std::cout << "-- 设置参数 --" << std::endl;
ros::param::set("name_p", "vbot"); // 字符串, char*
ros::param::set("geometry_p", geometry); // 字符串, string
ros::param::set("wheel_radius_p", wheel_radius); // double
ros::param::set("wheel_num_p", wheel_num); // int
ros::param::set("vision_p", vision); // bool
ros::param::set("base_size_p", base_size); // vector
ros::param::set("sensor_id_p", sensor_id); // map
// 验证是否设置成功
system("rosparam get name_p");
system("rosparam get geometry_p");
system("rosparam get wheel_radius_p");
system("rosparam get wheel_num_p");
system("rosparam get vision_p");
system("rosparam get base_size_p");
system("rosparam get sensor_id_p");
}
return 0;
}

复制代码

编译运行，结果如下：

编辑 param_hello_world_get.cpp 内容如下：

#include <ros/ros.h>
int main(int argc, char **argv)
{
setlocale(LC_ALL, "");
ros::init(argc, argv, "param_hello_world_get");
ros::NodeHandle nh;
std::cout << std::endl
<< "********** ros::NodeHandle **********" << std::endl;
{
// 修改参数
std::cout << std::endl
<< "-- 修改参数 --" << std::endl;
nh.setParam("name", "mybot"); // 字符串, char*
nh.setParam("geometry", "circular"); // 字符串, char*
nh.setParam("wheel_radius", 0.15); // double
nh.setParam("wheel_num", 2); // int
nh.setParam("vision", false); // bool
std::vector<double> base_size = {0.2, 0.04};
nh.setParam("base_size", base_size); // vector
std::map<std::string, int> sensor_id = {{"camera", 0}, {"laser", 2}};
sensor_id.insert({"ultrasonic", 5});
ros::param::set("sensor_id", sensor_id); // map
// 获取参数
std::cout << std::endl
<< "-- 获取参数 --" << std::endl;
std::string name;
std::string geometry;
double wheel_radius;
int wheel_num;
bool vision;
nh.getParam("name", name);
nh.getParam("geometry", geometry);
nh.getParam("wheel_radius", wheel_radius);
nh.getParam("wheel_num", wheel_num);
nh.getParam("vision", vision);
nh.getParam("base_size", base_size);
nh.getParam("sensor_id", sensor_id);
ROS_INFO("ros::NodeHandle getParam, name: %s, geometry: %s, wheel_radius: %lf, wheel: %d, vision: %s, base_size: (%lf, %lf)",
name.c_str(), geometry.c_str(), wheel_radius, wheel_num, vision ? "true" : "false",
base_size[0], base_size[1]);
for (auto sensor : sensor_id)
{
ROS_INFO("ros::NodeHandle getParam, %s_id: %d", sensor.first.c_str(), sensor.second);
}
// 删除参数
std::cout << std::endl
<< "-- 删除参数 --" << std::endl;
nh.deleteParam("vision");
system("rosparam get vision");
// 其他操作函数
std::cout << std::endl
<< "-- 其他操作函数 --" << std::endl;
double wheel_radius1;
wheel_radius1 = nh.param("wheel_radius", wheel_radius1);
ROS_INFO("param, wheel_radius: %lf", wheel_radius1);
nh.getParamCached("wheel_radius", wheel_radius1);
std::vector<std::string> keys_v;
nh.getParamNames(keys_v);
for (auto key : keys_v)
{
ROS_INFO("getParamNames, key: %s", key.c_str());
}
if (nh.hasParam("vision"))
{
ROS_INFO("hasParam, 存在该参数");
}
else
{
ROS_INFO("hasParam, 不存在该参数");
}
std::string result;
nh.searchParam("name", result);
ROS_INFO("searchParam, result: %s", result.c_str());
}
std::cout << std::endl
<< "********** ros::param **********" << std::endl;
{
// 修改参数
std::cout << std::endl
<< "-- 修改参数 --" << std::endl;
ros::param::set("name_p", "mybot"); // 字符串, char*
ros::param::set("geometry_p", "circular"); // 字符串, char*
ros::param::set("wheel_radius_p", 0.15); // double
ros::param::set("wheel_num_p", 2); // int
ros::param::set("vision_p", false); // bool
std::vector<double> base_size = {0.2, 0.04};
ros::param::set("base_size_p", base_size); // vector
std::map<std::string, int> sensor_id = {{"camera", 0}, {"laser", 2}};
sensor_id.insert({"ultrasonic", 5});
ros::param::set("sensor_id_p", sensor_id); // map
// 获取参数
std::cout << std::endl
<< "-- 获取参数 --" << std::endl;
std::string name;
std::string geometry;
double wheel_radius;
int wheel_num;
bool vision;
ros::param::get("name_p", name);
ros::param::get("geometry_p", geometry);
ros::param::get("wheel_radius_p", wheel_radius);
ros::param::get("wheel_num_p", wheel_num);
ros::param::get("vision_p", vision);
ros::param::get("base_size_p", base_size);
ros::param::get("sensor_id_p", sensor_id);
ROS_INFO("ros::param get, name: %s, geometry: %s, wheel_radius: %lf, wheel: %d, vision: %s, base_size: (%lf, %lf)",
name.c_str(), geometry.c_str(), wheel_radius, wheel_num, vision ? "true" : "false",
base_size[0], base_size[1]);
for (auto sensor : sensor_id)
{
ROS_INFO("ros::param getParam, %s_id: %d", sensor.first.c_str(), sensor.second);
}
// 删除参数
std::cout << std::endl
<< "-- 删除参数 --" << std::endl;
ros::param::del("vision_p");
system("rosparam get vision_p");
// 其他操作函数
std::cout << std::endl
<< "-- 其他操作函数 --" << std::endl;
double wheel_radius1;
wheel_radius1 = ros::param::param("wheel_radius", wheel_radius1);
ROS_INFO("param, wheel_radius: %lf", wheel_radius1);
ros::param::getCached("wheel_radius", wheel_radius1);
std::vector<std::string> keys_v;
ros::param::getParamNames(keys_v);
for (auto key : keys_v)
{
ROS_INFO("getParamNames, key: %s", key.c_str());
}
if (ros::param::has("vision"))
{
ROS_INFO("has, 存在该参数");
}
else
{
ROS_INFO("has, 不存在该参数");
}
std::string result;
ros::param::search("name", result);
ROS_INFO("search, result: %s", result.c_str());
}
return 0;
}

复制代码

编译运行，结果如下：

2.3 其他利用参数的函数

除了上文提到的setParam()、getParam()、deleteParam() 函数，还有一些其他的参数利用函数，如下：
这里只以通过 ros::NodeHandle 对象调用为例，通过 ros::param 名空间调用类似，只多了一个 unsubscribeCachedParam函数，后面分析
1.param
获取 param_name 的值，如果 param_name 不存在，则返回 default_val
原型： T param(const std::string& param_name, const T& default_val) const

double wheel_radius2;
wheel_radius2 = nh.param("wheel_radius", wheel_radius2);
ROS_INFO("param, wheel_radius: %lf", wheel_radius2);

复制代码

2.getParamCached()
与getParam()使用方法一样。
初次调用会判定该参数是否获取过，如果获取过则从缓存读取，并向 Master 订阅该参数的变革，不再像getParam()一样通过 RPC 向 Master获取，以提高效率。
示例参考 getParam()。
3.getParamNames()
获取全部设置到 Master 的参数的键，并通过 vector 返回。
原型：bool getParamNames(std::vectorstd::string& keys) const;

std::vector<std::string> keys_v;
nh.getParamNames(keys_v);
for (auto key : keys_v)
{
ROS_INFO("getParamNames, key: %s", key.c_str());
}

复制代码

4.hasParam()
判定是否存在该参数
原型：bool hasParam(const std::string& key) const;

if (nh.hasParam("vision"))
{
ROS_INFO("存在该参数");
}
else
{
ROS_INFO("不存在该参数");
}

复制代码

5.searchParam()
搜索给定参数名，如果存在，返回键名，不存在返回空字符串。
原型：bool searchParam(const std::string& key, std::string& result) const;

std::string result;
nh.searchParam("name", result);
ROS_INFO("searchParam, result: %s", result.c_str());

复制代码

2.4 利用参数（Python版）

与 C++ 不同，ROS 只为 Python 提供了一套利用参数的 API。
在创建的 param_hello_world 包路径下 src 目录的同级，创建一个 scripts 目录，在这里存储脚本（如python脚本），修改 CMakeLists.txt ，添加如下内容：

catkin_install_python(PROGRAMS
scripts/param_hello_world_set.py
scripts/param_hello_world_get.py
DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION}
)

复制代码

在 scripts 中创建 param_hello_world_set.py 编辑内容如下：

import rospy
import os
if __name__ == "__main__":
rospy.init_node("param_hello_world_set")
# 设置参数
rospy.set_param("name", "vbot") # 字符串, string
rospy.set_param("geometry", "rectangle") # 字符串, string
rospy.set_param("wheel_radius", 0.1) # double
rospy.set_param("wheel_num", 4) # int
rospy.set_param("vision", True) # bool
rospy.set_param("base_size", [0.7, 0.6, 0.3]) # list
rospy.set_param("sensor_id", {"camera": 0, "laser": 2}) # dictionary
# 验证是否设置成功
os.system("rosparam get name")
os.system("rosparam get geometry")
os.system("rosparam get wheel_radius")
os.system("rosparam get wheel_num")
os.system("rosparam get vision")
os.system("rosparam get base_size")
os.system("rosparam get sensor_id")

复制代码

在 scripts 中创建 param_hello_world_get.py 编辑内容如下：

import rospy
if __name__ == "__main__":
rospy.init_node("param_hello_world_get")
# 修改参数
rospy.set_param("name", "mybot") # 字符串, string
rospy.set_param("geometry", "circular") # 字符串, string
rospy.set_param("wheel_radius", 0.15) # double
rospy.set_param("wheel_num", 2) # int
rospy.set_param("vision", False) # bool
rospy.set_param("base_size", [0.2, 0.04]) # list
rospy.set_param("sensor_id", {"camera": 0, "laser": 2, "ultrasonic": 5}) # dictionary
# 获取参数
name = rospy.get_param("name") # 字符串, string
geometry = rospy.get_param("geometry") # 字符串, string
wheel_radius = rospy.get_param("wheel_radius") # double
wheel_num = rospy.get_param("wheel_num") # int
vision = rospy.get_param("vision") # bool
base_size = rospy.get_param("base_size") # list
sensor_id = rospy.get_param("sensor_id") # dictionary
rospy.loginfo("get_param, name: {}, geometry: {}, wheel_radius: {}, wheel: {}, vision: {}, base_size: ({}, {})"
.format(name, geometry, wheel_radius, wheel_num, vision, base_size[0], base_size[1]))
for key, value in sensor_id.items():
rospy.loginfo("get_param, sensor: {}, id: {}".format(key, value))
# 删除参数
rospy.delete_param("vision")
# 其他操作
wheel_radius1 = rospy.get_param_cached("wheel_radius")
keys = rospy.get_param_names()
for key in keys:
rospy.loginfo("get_param_names, key: {}".format(key))
if rospy.has_param("vision"):
rospy.loginfo("has_param, 存在该参数")
else:
rospy.loginfo("has_param, 不存在该参数")
result = rospy.search_param("name")
rospy.loginfo("search_param, result: {}".format(result))

复制代码

编译执行结果如下：

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