【ROS2】Rate定频函数_ros python rate sleep

【ROS2】Rate定频函数

简介

rate.sleep() 是 ROS 中用于控制循环频率的方法之一。在 ROS 的节点中，通常会在循环中执行一些操作，例如读取传感器数据、执行控制指令等。为了控制节点的循环频率，可以使用 rate.sleep() 方法。

rate = rospy.Rate(1)  # 设置循环频率为1Hz
while not rospy.is_shutdown():
    # 在这里执行节点的操作

    rate.sleep()  # 控制循环频率
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rate并不是简单的延时函数，个人理解为，它通过发送设置频率的方波，循环在上升沿触发进行执行，如下图：

但也就存在两个问题，当“执行”的时间小于或者大于rate设定周期时间。
先说结论：

• “执行”时间 < 循环周期：程序会在当前循环中等待，直到下一个上升沿。
• “执行”时间 > 循环周期：节点等待程序执行完成，然后继续执行下一个循环。

实验

在该实验中，使用延时函数模拟执行节点的操作。Rate相关代码：

    # Rate实验
    start = time.time()
    for i in range(5):
        t1 = time.time()
        print(f"执行周期 {i}")
        time.sleep(1.5) #休眠1s
        t2 = time.time()
        rclpy.spin_once(node)
        rate.sleep() #调用一次rate.sleep()
        t3 = time.time()
        print(f'time.sleep()耗时：{t2-t1}；rate.sleep()耗时：{t3-t2}；单次循环耗时：{t3-t1}')
    end = time.time()
    print(f'循环5次耗时：{end-start}')
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情形1： “执行”时间 < 循环周期 ：

执行周期 0
time.sleep()耗时：0.5012271404266357；rate.sleep()耗时：0.4996984004974365；单次循环耗时：1.0009255409240723
执行周期 1
time.sleep()耗时：0.5005989074707031；rate.sleep()耗时：0.4995696544647217；单次循环耗时：1.0001685619354248
执行周期 2
time.sleep()耗时：0.5006906986236572；rate.sleep()耗时：0.4988436698913574；单次循环耗时：0.9995343685150146
执行周期 3
time.sleep()耗时：0.5008957386016846；rate.sleep()耗时：0.4990847110748291；单次循环耗时：0.9999804496765137
执行周期 4
time.sleep()耗时：0.500617504119873；rate.sleep()耗时：0.49898624420166016；单次循环耗时：0.9996037483215332
循环5次耗时：5.000702857971191
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可以看到，当执行时间为0.5s时，在该循环内会继续等待下一个上升沿的触发，rate.sleep()去填补剩下的0.5s保证一个周期时间为1s。

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情形2： “执行”时间 > 循环周期 ：

执行周期 0
time.sleep()耗时：1.5016310214996338；rate.sleep()耗时：0.0011265277862548828；单次循环耗时：1.5027575492858887
执行周期 1
time.sleep()耗时：1.5015594959259033；rate.sleep()耗时：0.0008554458618164062；单次循环耗时：1.5024149417877197
执行周期 2
time.sleep()耗时：1.5020825862884521；rate.sleep()耗时：0.002195596694946289；单次循环耗时：1.5042781829833984
执行周期 3
time.sleep()耗时：1.5017659664154053；rate.sleep()耗时：0.000698089599609375；单次循环耗时：1.5024640560150146
执行周期 4
time.sleep()耗时：1.5016288757324219；rate.sleep()耗时：0.0008542537689208984；单次循环耗时：1.5024831295013428
循环5次耗时：7.528472900390625
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当执行时间为1.5s大于单个周期的1s，Rate将等待程序执行完成，在开始下一个周期，所以单次循环耗时1.5s。

但在实际应用中，为了避免延迟影响节点的运行频率，需要确保节点操作在设定的循环周期内完成。如果节点操作的执行时间不稳定或者受到外部因素影响，可能需要考虑调整循环频率或者优化节点操作的实现。