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[ROS 系列学习教程] ROS参数服务器(Param)：通信模型、Hello World与拓展_ros param

作者：从前慢现在也慢 | 2024-05-23 06:24:02

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ros param

ROS 系列学习教程(总目录)

文章目录

参数服务器在ROS中主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所有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。

主要思想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 的操作，Setter 可以向 Master 设置参数，User 可以从 Master 获取参数。

这里只是方便说明，实际上通讯方操作参数前不会向 ROS Master 注册身份信息，所以对 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。

在这里插入图片描述

通讯流程：

  • 1）Setter设置参数

​ Setter 通过 RPC 向参数服务器设置参数(包括参数名与参数值)，ROS Master 将参数保存到参数列表中。

  • 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，支持的数据类型如下：

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

Note：

二、Param Hello World

万物始于Hello World，同样，使用Hello World介绍参数服务器的简单使用。

使用参数服务器，通讯方操作参数前没有向 ROS Master 注册身份信息，直接对参数进行操作。

接下来实现一个简单的参数操作，设置不同数据类型的参数，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操作。

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晰的说明，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，命令如下：

catkin_creat_pkg param_hello_world roscpp rospy

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创建后，文件结构如下：

在这里插入图片描述

2.2 操作参数（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}
)

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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;
}

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编译运行，结果如下：

在这里插入图片描述

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;
}

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编译运行，结果如下：

在这里插入图片描述

2.3 其他操作参数的函数

除了上文提到的setParam()、getParam()、deleteParam() 函数，还有一些其他的参数操作函数，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，后面说明

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);

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2.getParamCached()

与getParam()使用方法一样。

首次调用会判断该参数是否获取过，如果获取过则从缓存读取，并向 Master 订阅该参数的变化，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()

获取所有设置到 Master 的参数的键，并通过 vector 返回。

原型：bool getParamNames(std::vector<std::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());
}

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4.hasParam()

判断是否存在该参数

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");
}

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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());

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6.unsubscribeCachedParam() （ros::param特有）

不明白该函数有什么具体作用，如果你知道欢迎交流（留言或加下方微信）。

没有找到官方说明，源码及注释如下：

头文件：param.h

在这里插入图片描述

源文件：param.cpp

在这里插入图片描述

直译注释为：取消订阅master中的缓存参数

猜测和 getCached() 有关， getCached() 会订阅参数变化，unsubscribeCachedParam则是取消订阅，但验证未生效：

// 设置参数
ros::param::set("wheel_radius", 0.15);

// 首次调用getCached，这里会订阅"wheel_radius"的变化
double wheel_radius;
ros::param::getCached("wheel_radius", wheel_radius);
ROS_INFO("before unsubscribeCachedParam, wheel_radius: %lf", wheel_radius);

// 调用unsubscribeCachedParam取消订阅
ros::param::unsubscribeCachedParam("wheel_radius");

// 修改master中的"wheel_radius"值
// 由于已取消参数变化的订阅，此次变化不会同步到缓存
// 所以master中的值是0.5，而缓存中的值是0.15
ros::param::set("wheel_radius", 0.5);

// 再次调用getCached，
// 理论上，再次调用getCached，会从缓存读取，此时缓存中的值是0.15
double wheel_radius1;
ros::param::getCached("wheel_radius", wheel_radius1);
ROS_INFO("after  unsubscribeCachedParam, wheel_radius1: %lf", wheel_radius1);

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实际输出为：

before unsubscribeCachedParam, wheel_radius: 0.15
after  unsubscribeCachedParam, wheel_radius: 0.50

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2.4 操作参数（Python版）

与 C++ 不同，ROS 只为 Python 提供了一套操作参数的 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}
)

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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")


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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))


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编译执行结果如下：

在这里插入图片描述

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