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ROS2创建Python与C++功能包指南以及什么是节点(ros2第一章)

news 2025/10/23 10:58:41

究竟什么是节点

你提出了一个很好的问题！在 ROS 2 中，“节点”（Node）是一个核心概念，但初学者常常会困惑它到底是什么。让我详细解释一下：
🔍 什么是 ROS 2 节点？
在 ROS 2 中：
● 节点是 ROS 计算图中的基本执行单元
● 每个节点代表一个独立的进程，执行特定的任务
● 节点之间通过话题（Topics）、服务（Services）和动作（Actions）进行通信
● 一个节点通常对应一个特定的功能模块（如传感器驱动、控制算法、数据处理等）
📦 节点在代码中的体现
在你的代码中：

class PersonNode : public rclcpp::Node
{// ...
};int main()
{auto person_node = std::make_shared<PersonNode>("person_node", "Alice", 30);rclcpp::spin(person_node);
}

● PersonNode类继承自 rclcpp::Node，这表示它是一个节点类
● person_node是这个节点类的实例（对象）
● 当你调用 rclcpp::spin(person_node)时，你启动了节点实例的执行
🔄 节点生命周期

创建节点对象：auto person_node = std::make_shared(…)
○ 调用构造函数初始化节点
○ 设置节点名称（“person_node”）
○ 初始化成员变量（name, age）
启动节点：rclcpp::spin(person_node)
○ 让节点进入事件循环
○ 处理所有注册的回调（如定时器、订阅等）
○ 保持节点运行直到被终止
销毁节点：rclcpp::shutdown()
○ 清理资源
○ 退出节点
🌐 节点在 ROS 2 生态系统中的位置
[ROS 2 系统]
├── [节点1] - 传感器驱动
├── [节点2] - 数据处理
├── [你的节点] - PersonNode
└── [节点3] - 控制执行
● 你的 PersonNode节点是 ROS 2 系统中的一部分
● 它可以与其他节点通信（虽然你的代码中还没有实现）
● 在终端中，你可以用 ros2 node list查看所有运行中的节点
🧩 节点 vs 对象
● 节点类：定义节点的行为和能力（如 PersonNode类）
● 节点对象：节点的具体实例（如 person_node）
● 节点进程：当调用 rclcpp::spin()时，节点对象开始作为一个独立的进程运行
🛠 如何让你的节点更有用？
目前你的节点只打印日志，但在实际 ROS 2 应用中，节点通常会：
发布话题（Publish topics）：

auto publisher_ = this->create_publisher<std_msgs::msg::String>("chatter", 10);

订阅话题（Subscribe to topics）：

auto subscription_ = this->create_subscription<std_msgs::msg::String>("chatter", 10, [this](const std_msgs::msg::String::SharedPtr msg) {RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "I heard: '%s'", msg->data.c_str());});

提供服务（Provide services）：

auto service_ = this->create_service<example_interfaces::srv::AddTwoInts>("add_two_ints", [this](...) { /* 处理请求 */ });

使用参数（Use parameters）：

this->declare_parameter("my_param", 0);
int param = this->get_parameter("my_param").as_int();

💡 总结
● 节点是 ROS 2 的基本执行单元，代表一个独立的功能模块
● 在你的代码中：
○ PersonNode是节点类（定义节点的行为）
○ person_node是节点对象（节点的具体实例）
○ rclcpp::spin(person_node)启动节点进程
● 一个节点可以包含多个组件（发布者、订阅者、服务、定时器等）
● 节点通过 ROS 2 的通信机制与其他节点交互
理解节点是掌握 ROS 2 的关键第一步！你现在创建了一个基本节点，下一步可以尝试添加通信功能让它与其他节点交互。

1-1创建python功能包

ros2 pkg create --help
● 作用：查看 ros2 pkg create 命令的帮助信息，了解该命令的用法、可选参数等。
● 输出解释：
○ 首先显示命令的使用格式 ros2 pkg create [-h] … package_name，说明 package_name 是必须的位置参数（创建的包名）。
○ 接着列出了各种可选参数，比如 --package-format（指定 package.xml 的格式版本）、–description（包的描述信息）、–license（包使用的许可证）、–build-type（构建类型，如 ament_cmake、ament_python 等）、–dependencies（包的依赖）等，以及每个参数的作用说明。
ros2 pkg create --build-type ament_python --license Apache-2.0
● 作用：尝试使用指定构建类型（ament_python）和许可证（Apache-2.0）创建 ROS 2 包，但由于缺少必须的位置参数 package_name（包名），所以命令执行出错。
● 输出解释：
○ 错误提示 ros2 pkg create: error: the following arguments are required: package_name，明确指出必须提供 package_name 参数，否则无法创建包。
ros2 pkg create --build-type ament_python --license Apache-2.0 demo_python_pkg
● 作用：使用 ament_python 构建类型、Apache-2.0 许可证，创建名为 demo_python_pkg 的 ROS 2 包。
● 输出解释：
○ 首先显示一些创建包的基本信息，如 package name: demo_python_pkg（包名）、destination directory: /home/crf/learning_library/ros/chapt3_wspy/src（包的目标创建目录）、package format: 3（package.xml 格式版本）、version: 0.0.0（包的版本）、description: TODO: Package description（包的描述，默认待完善）、maintainer: [‘crf crf@todo.todo’]（维护者信息，默认基于系统用户信息）、licenses: [‘Apache-2.0’]（许可证）、build type: ament_python（构建类型）、dependencies: []（依赖列表，当前为空）。
○ 然后显示创建的文件和目录结构，比如创建了 demo_python_pkg 文件夹，在其中生成了 package.xml（包的描述配置文件）、setup.py（Python 包的安装配置文件）、setup.cfg（配置文件）、resource 文件夹（资源目录）、test 文件夹（测试文件目录）以及 Python 包相关的 init.py 文件等，这些都是 ament_python 类型包的标准结构，用于后续编译、安装和运行包中的节点等功能。

源码

(base) crf@crf-G15-24:~/learning_library/ros/chapt3_wspy/src$ ros2 pkg create --helpusage: ros2 pkg create [-h] [--package-format {2,3}] [--description DESCRIPTION] [--license LICENSE]
[--destination-directory DESTINATION_DIRECTORY] [--build-type {cmake,ament_cmake,ament_python}]
[--dependencies DEPENDENCIES [DEPENDENCIES ...]] [--maintainer-email MAINTAINER_EMAIL] [--maintainer-name MAINTAINER_NAME]
[--node-name NODE_NAME] [--library-name LIBRARY_NAME]
package_nameCreate a new ROS 2 packagepositional arguments:package_name          The package nameoptions:
-h, --help            show this help message and exit
--package-format {2,3}, --package_format {2,3}The package.xml format.--description DESCRIPTIONThe description given in the package.xml--license LICENSE     The license attached to this package; this can be an arbitrary string, but a LICENSE file will only be generated if it is
one of the supported licenses (pass '?' to get a list)--destination-directory DESTINATION_DIRECTORYDirectory where to create the package directory--build-type {cmake,ament_cmake,ament_python}The build type to process the package with
--dependencies DEPENDENCIES [DEPENDENCIES ...]list of dependencies--maintainer-email MAINTAINER_EMAILemail address of the maintainer of this package--maintainer-name MAINTAINER_NAMEname of the maintainer of this package
--node-name NODE_NAMEname of the empty executable--library-name LIBRARY_NAMEname of the empty library(base) crf@crf-G15-24:~/learning_library/ros/chapt3_wspy/src$ ros2 pkg create --build-type ament_python --license Apache-2.0usage: ros2 pkg create [-h] [--package-format {2,3}] [--description DESCRIPTION] [--license LICENSE]
[--destination-directory DESTINATION_DIRECTORY] [--build-type {cmake,ament_cmake,ament_python}]
[--dependencies DEPENDENCIES [DEPENDENCIES ...]] [--maintainer-email MAINTAINER_EMAIL] [--maintainer-name MAINTAINER_NAME]
[--node-name NODE_NAME] [--library-name LIBRARY_NAME]
package_name
ros2 pkg create: error: the following arguments are required: package_name(base) crf@crf-G15-24:~/learning_library/ros/chapt3_wspy/src$ ros2 pkg create --build-type ament_python --license Apache-2.0 demo_python_pkggoing to create a new packagepackage name: demo_python_pkgdestination directory: /home/crf/learning_library/ros/chapt3_wspy/srcpackage format: 3version: 0.0.0description: TODO: Package description
maintainer: ['crf <crf@todo.todo>']licenses: ['Apache-2.0']build type: ament_pythondependencies: []creating folder ./demo_python_pkgcreating ./demo_python_pkg/package.xml
creating source folder
creating folder ./demo_python_pkg/demo_python_pkg
creating ./demo_python_pkg/setup.py
creating ./demo_python_pkg/setup.cfg
creating folder ./demo_python_pkg/resource
creating ./demo_python_pkg/resource/demo_python_pkg
creating ./demo_python_pkg/demo_python_pkg/__init__.py
creating folder ./demo_python_pkg/test
creating ./demo_python_pkg/test/test_copyright.py
creating ./demo_python_pkg/test/test_flake8.py
creating ./demo_python_pkg/test/test_pep257.py
(base) crf@crf-G15-24:~/learning_library/ros/chapt3_wspy/src$

1-2创建C++功能包

主要代码

ros2 pkg create --build-type ament_cmake --license Apache-2.0 demo_cpp_pkg

（最终包名 demo_cpp_pkg）
命令各部分解释：

ros2 pkg createROS 2 的核心命令之一，用于创建新的功能包（package），功能包是 ROS 2 中组织代码、配置文件等资源的基本单位。
–build-type ament_cmake指定功能包的构建系统类型：
○ ament_cmake 是 ROS 2 中用于 C++ 项目的主流构建类型，基于 CMake 工具链，支持编译 C++ 代码、链接库等。（如果是 Python 项目，通常用 --build-type ament_python）
–license Apache-2.0指定功能包的开源许可证为 Apache License 2.0，这是 ROS 生态中常用的许可证之一，会自动在包中生成对应的 LICENSE 文件。
demo_cpp_pkg功能包的名称，需符合 ROS 2 包名规范（小写字母、数字、下划线，不能有空格或特殊字符）。
执行后会生成的目录结构（简化）：

demo_cpp_pkg/
├── CMakeLists.txt       # CMake 构建配置文件（核心，指定编译规则）
├── package.xml          # 包的元信息（名称、依赖、许可证等，ROS 2 必须）
├── LICENSE              # Apache-2.0 许可证文本
├── include/demo_cpp_pkg/ # C++ 头文件存放目录（默认空）
└── src/                 # C++ 源文件存放目录（默认空）

2-colcon build 工作空间及运行ros2操作

1ROS 2 的一键编译 + 安装命令

colcon build

2启动自动生成的环境脚本

source install/setup.bash

● source
● 是 Bash 内置命令，用来在当前终端环境执行一个脚本。
● 与直接运行脚本（./script.sh）不同，source 会保留脚本中对环境变量的修改，比如 PATH、PYTHONPATH 等。
● install/setup.bash
● 这是 ROS 2 或其他通过 colcon build 构建的工作空间自动生成的环境脚本。
● 作用是：
○ 设置 ROS 2 包路径
○ 设置 Python 路径
○ 配置环境变量以便能使用工作空间里的包

3和. install/setup.bash的区别

source install/setup.bash 在当前终端加载环境变量
. install/setup.bash 同上，更短的写法
./install/setup.bash 在子终端执行，不影响当前终端环境（ROS 2 会用不了）

4运行pyros文件

ros2 run demo_python_pkg person_node

ros2 run demo_python_pkg person_node 是 ROS 2 中用于运行指定功能包中可执行节点的命令，各部分含义如下：
命令拆解：

ros2 runROS 2 的核心命令之一，用于启动功能包中编译好的可执行文件（节点）。
demo_python_pkg功能包名称（package name），即你要运行的节点所在的包。这里指定的是一个 Python 类型的功能包（名称中包含 python，通常对应 --build-type ament_python 创建的包）。
person_node可执行节点的名称（executable name），即你要启动的具体节点。这个名称通常在功能包的 setup.py（Python 包）或 CMakeLists.txt（C++ 包）中通过 entry_points 或 add_executable 定义，需与配置中的名称一致。
执行该命令的前提：
功能包已正确编译：需先通过 colcon build 编译工作空间，确保 demo_python_pkg 中的 person_node 可执行文件被正确生成。
环境已刷新：编译后需执行 source install/setup.bash（或对应终端的配置文件，如 setup.zsh），让 ROS 2 识别到新编译的包和节点。
节点定义正确：在 demo_python_pkg 中，person_node 需对应一个有效的 Python 脚本（例如 person_node.py），且在 setup.py 中通过 entry_points 声明了节点入口.

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http://www.dtcms.com/a/516620.html