【ROS进阶篇】第三讲 ROS文件系统与分布式通信

前言

我们先前已经了解到，ROS系统是一个很典型的多进程分布式框架，对于一个完整的系统可以分为以下几个层次：

1. 主机；
2. 工作空间workspace；
3. 功能包package；
4. 节点node；
5. 话题topic；

• 主机下的层次框架可以由下图展示：
  
  本文主要研究的问题如下：
• 元功能包的使用方法（关联功能包）
• ROS工作空间覆盖及隐患
• ROS分布式通信（不同主机间的通信）

一、元功能包

1. 概念

• 应用场景：在实际的ROS开发过程中，机器人往往需要设计多个功能，就需要调用不同的功能包，但是如果逐一安装则会导致效率低下，浪费时间，此时就需要功能包进行打包；

• 概念：元功能包（metapackage），ROS中的一个虚包，里面没有实质性的内容，但是依赖了其他的软件包，通过这种方法可以把其他包组合起来

• 实例：sudo apt install ros-noetic-desktop-full
  在进行ROS安装时，我们就运行了上述指令，类似于一个目录索引，告诉主机一个功能包集合，逐一下载安装；

2. 实现

• 新建功能包
• 修改package.xml：

 <exec_depend>被集成的功能包</exec_depend>
 .....
 <export>
   <metapackage />
 </export>

• 修改编译规则CMakeLists.txt：

cmake_minimum_required(VERSION 3.0.2)
project(demo)
find_package(catkin REQUIRED)
catkin_metapackage()

参考地址：ROS Wiki Metapackage

二、工作空间覆盖

1. 问题分析

• 自行实现：

1. 新建两个工作空间，在两个空间内创建同名功能包wssim
2. 添加环境变量，修改 ~/.bashrc:

source /home/用户/路径/工作空间A/devel/setup.bash
source /home/用户/路径/工作空间B/devel/setup.bash

3. 加载环境变量：source.bashrc
4. 查看环境变量：echo $ROS_PACKAGE_PATH
5. 进入工作空间：roscd wssim

• 此时会出现一个问题：即这里会直接进入工作空间B，实际的空间嵌套为：

工作空间B -> 工作空间A -> 系统内置空间

• 原因：配置顺序与优先级的关系

在实际的解析过程中，ROS首先会根据bashrc文件，按照其中配置设置工作空间优先级，生成对应功能包ROS_PACKAGE_PATH ROS路径，但是会遵循一个原则：

ROS_PACKAGE_PATH 中的值，和 .bashrc 的配置顺序相反 -> 先配置的优先级低

2. 结论与隐患

• 概念：不同工作空间中存在重名的功能包；
• 实质：功能包重名时，会按照 ROS_PACKAGE_PATH 查找，配置在前的会优先执行；
• 隐患：由于此时情况调用wssim会首先调用工作空间B中的功能包，可能并不满足我们对于实际操作的需求，会出现调用问题

BUG说明：
当在 .bashrc 文件中 source 多个工作空间后，可能出现的情况，在 ROS PACKAGE PATH 中只包含两个工作空间，可以删除自定义工作空间的 build 与 devel 目录，重新 catkin_make，然后重新载入 .bashrc 文件，问题解决。

三、分布式通信

1. 需求场景

在实际开发中，ROS系统常常用于完成多机之间的通讯与协同，会分布在不同的计算机上，在运行过程中经常与其他节点实现通信，存在着很多网络配置要求：

• 所有端口上的所有机器之间必须有完整的双向连接
• 每台计算机必须通过所有其他计算机都可以解析的名称来公告自己

2. 实现

• 基础准备：令不同主机处于同一网络，设置固定IP

虚拟机：将网络适配器修改为桥接模式

• 修改配置文件：主要指修改计算机的/etc/hosts的文件，在文件中加入对方的IP地址和计算机名

网络指令：

1. IP地址查看：ifconfig
2. 计算机名称：hostname
3. 测试网络通信：ping

• 配置IP地址：

主机：修改~/.bashrc文件

export ROS_MASTER_URI=http://主机IP:11311
export ROS_HOSTNAME=主机IP

从机：修改~/.bashrc文件

export ROS_MASTER_URI=http://主机IP:11311
export ROS_HOSTNAME=从机IP

• 测试：

1. 主机启动roscore
2. 主机启动订阅节点，从机启动发布节点，测试通信
3. 主机启动发布节点，从机启动订阅节点，反相测试

总结

• 声明：本节博客部分参考了CSDN用户赵虚左的ROS教程，下篇博客将会主要聚焦于节点名称、话题名称、参数名称的重名问题上，分别介绍各种重复导致的异常情况。