ROS2 Python API 介绍

为为为什么

发布于 2024-07-13 11:24:58

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发布于 2024-07-13 11:24:58

文章被收录于专栏：又见苍岚

rclpy 提供了用于与 ROS 2 交互的规范 Python API，本文记录相关内容。

简介

rclpy 是 ROS 2（Robot Operating System 2）的 Python 接口，由 Dashing Diademata 发行版开始提供。rclpy 提供了一个易于使用的 Python 库，使得开发机器人软件变得更加直接和快速。它允许用户通过 Python 语言来编写 ROS 2 节点、服务、动作和话题，无需编写任何 C++ 代码。这对于希望利用 Python 生态系统（如科学计算、数据处理和机器学习库）的开发者来说是一个巨大的优势。

以下是 rclpy 的一些关键特点：

易于上手：Python 作为一种高级编程语言，拥有简洁的语法和丰富的库，使得快速开发成为可能。
类型安全：rclpy 在设计上确保了类型安全，避免了 C++ 中常见的指针和内存管理问题。
全功能：rclpy 提供了 ROS 2 所有核心功能的访问，包括节点管理、服务、动作和话题。
集成：rclpy 可以与 Python 的科学计算和数据分析库无缝集成，为机器人应用程序提供强大的数据处理能力。
跨平台：支持多种操作系统和硬件平台，与 ROS 2 的其他组件一样。

使用 rclpy 可以让开发者在享受 Python 开发效率和生态系统的同时，开发出能在 ROS 2 生态中运行的机器人应用。这极大地降低了开发复杂性，并加速了创新机器人的研发过程。

Initialization, Shutdown, and Spinning

一个典型的ROS程序由以下操作组成：

Initialization
Create one or more ROS nodes
Process node callbacks
Shutdown

初始化是通过调用特定上下文的 init() 来完成的。这必须在创建任何 ROS 节点之前完成。

创建 ROS 节点是通过调用 create_node() 或实例化 Node 来完成的。

节点可用于创建常见的 ROS 实体，例如发布者、订阅、服务和操作。

创建节点后，可通过在节点上 spinning 来完成工作项（如订阅回调）。以下函数可用于处理等待执行的工作：spin()、spin_once() 和 spin_until_future_complete()。

当完成先前初始化的上下文后（即使用了与上下文相关的所有 ROS 节点），应调用 shutdown() 函数。这将使从上下文派生的所有实体失效。

方法	含义	备注
rclpy.create_node	创建 Node 的实例。	也可以用 from rclpy.node import Node 的类初始化完成实例创建
rclpy.init	为给定上下文初始化 ROS 通信。
rclpy.shutdown	关闭先前初始化的上下文。
rclpy.spin	执行工作并阻塞，直到与执行器相关的上下文关闭。
rclpy.spin_once	执行一项工作或等待超时。只要回调在超时前准备就绪，提供的执行器就会执行一个回调。	如果没有提供执行器（即None），则使用全局执行器。如果全局执行器有一个部分完成的例行程序，那么所做的工作可能不是针对所提供的节点。
rclpy.spin_until_future_complete	执行工作直到将来完成。	回调和其他工作将由提供的执行器执行，直到 future.done() 返回 True 或与执行器相关的上下文关闭。

Node

1	class rclpy.node.Node(node_name, *, context=None, cli_args=None, namespace=None, use_global_arguments=True, enable_rosout=True, start_parameter_services=True, parameter_overrides=None, allow_undeclared_parameters=False, automatically_declare_parameters_from_overrides=False)

ROS2 的核心节点类，包含大量方法，官方文档。

Topics

官方文档

Publisher

1	class rclpy.publisher.Publisher(publisher_handle, msg_type, topic, qos_profile, event_callbacks, callback_group)

为 ROS 发布者创建一个容器。

注意：用户不应使用该构造函数创建发布者，而应调用 Node.create_publisher()。

在 ROS 系统中，发布者通过在 ROS 主题上发布信息作为主要的通信手段。

方法列表：

方法	含义	备注
assert_liveliness	手动断言该 "发布者 "还活着。
destroy	销毁发布者。
get_subscription_count	获取该出版商的订户数量。
publish	为出版商的主题发送信息。

属性列表：

属性	含义	备注
handle	句柄
topic_name	话题名称

Subscription

1	class rclpy.subscription.Subscription(subscription_handle, msg_type, topic, callback, callback_group, qos_profile, raw, event_callbacks)

为 ROS 订阅创建一个容器。

注意： 用户不应使用此构造函数创建订阅，而应调用 Node.create_subscription()。

方法列表：

方法	含义	备注
destroy	销毁订阅者

属性列表：

属性	含义	备注
handle	句柄
topic_name	话题名称

Services

Client

1	class rclpy.client.Client(context, client_handle, srv_type, srv_name, qos_profile, callback_group)

为 ROS 服务客户端创建一个容器。

注意： 用户不应使用该构造函数创建服务客户端，而应调用 Node.create_client()。

方法列表：

方法	含义	备注
call	提出服务请求并等待结果。
call_async	发出服务请求并异步获取结果。
destroy	销毁客户端
remove_pending_request	删除一个未来的列表中的未决请求。	这将阻止未来接收响应并执行其已完成的回调。
service_is_ready	检查服务服务器是否就绪。
wait_for_service	等待服务服务器准备就绪。	服务器准备就绪或超时后立即返回。

属性列表：

属性	含义	备注
handle	句柄

Service

1	class rclpy.service.Service(service_handle, srv_type, srv_name, callback, callback_group, qos_profile)

为 ROS 服务服务器创建一个容器。

注意： 用户不应使用该构造函数创建服务服务器，而应调用 Node.create_service()。

方法列表：

方法	含义	备注
destroy	销毁服务
send_response	发送服务响应。

属性列表：

属性	含义	备注
handle	句柄

Actions

Action Client

1	class rclpy.action.client.ActionClient(node, action_type, action_name, *, callback_group=None, goal_service_qos_profile=<rclpy.qos.QoSProfile object>, result_service_qos_profile=<rclpy.qos.QoSProfile object>, cancel_service_qos_profile=<rclpy.qos.QoSProfile object>, feedback_sub_qos_profile=<rclpy.qos.QoSProfile object>, status_sub_qos_profile=<rclpy.qos.QoSProfile object>)

ROS 行动客户端。

方法列表：

方法	含义	备注
add_to_wait_set	将实体添加到等待集。
destroy	销毁底层动作客户端句柄。
execute	从就绪等待集获取数据后执行工作。	这将为未来对象设置接收到的任何服务响应的结果，并调用任何用户定义的回调（如反馈）。
get_num_entities	返回等待集中使用的各类实体的数量。
is_ready	如果等待集中有一个或多个实体准备就绪，则返回 True。
send_goal	发送的目标，并等待结果。	请勿在回调中调用此方法，否则可能出现死锁。
send_goal_async	发送目标并异步获取结果。	当行动服务器确认收到目标时，返回的 Future 结果将被设置为 ClientGoalHandle。
server_is_ready	检查是否有行动服务器准备处理该客户端的请求。
take_data	从下层取走东西，以免等待组立即再次醒来。
wait_for_server	等待一个 action server 准备就绪。	当动作服务器为客户端准备就绪时立即返回。 :param timeout_sec：等待动作服务器可用的秒数。

Action Server

class rclpy.action.server.ActionServer(node, action_type, action_name, execute_callback, *, callback_group=None, goal_callback=<function default_goal_callback>, handle_accepted_callback=<function default_handle_accepted_callback>, cancel_callback=<function default_cancel_callback>, goal_service_qos_profile=<rclpy.qos.QoSProfile object>, result_service_qos_profile=<rclpy.qos.QoSProfile object>, cancel_service_qos_profile=<rclpy.qos.QoSProfile object>, feedback_pub_qos_profile=<rclpy.qos.QoSProfile object>, status_pub_qos_profile=<rclpy.qos.QoSProfile object>, result_timeout=900)

ROS 行动服务器。

方法列表：

方法	含义	备注
add_to_wait_set	将实体添加到等待集。
destroy	销毁服务器。
execute	从就绪等待集获取数据后执行工作。
get_num_entities	返回等待集中使用的各类实体的数量。
is_ready	如果等待集中有一个或多个实体准备就绪，则返回 True。
notify_execute
notify_goal_done
register_cancel_callback	注册用于处理取消请求的回调。	取消回调的目的是决定是否接受或拒绝取消进行中（或排队中）目标的请求。回调应接受一个包含取消请求的参数，并必须返回一个 CancelResponse 值。
register_execute_callback	注册用于执行行动目标的回调。	执行回调的目的是执行操作目标，并在完成后返回结果。回调应接受一个包含目标请求的参数，并且必须返回一个结果实例。
register_goal_callback	注册用于处理新目标请求的回调。	目标回调的目的是决定是否接受或拒绝一个新目标。回调应将目标请求消息作为参数，并必须返回一个 GoalResponse 值。
register_handle_accepted_callback	注册一个回调，用于处理新接受的目标。
take_data	从下层取走东西，以免等待组立即再次醒来。

属性列表：

属性	含义	备注
action_type	行动类型

Timer

Rate

1	class rclpy.timer.Rate(timer, *, context)

用于 sleep 的实用工具。

方法列表：

方法	含义	备注
destroy	销毁实例
sleep	阻止直到计时器触发。	在回调中调用此功能时应小心谨慎。如果在单线程执行器（SingleThreadedExecutor）的回调中调用，可能会永远阻塞。

Timer

1	class rclpy.timer.Timer(callback, callback_group, timer_period_ns, clock, *, context=None)

Parameters

Parameter

1	class rclpy.parameter.Parameter(name, type_=None, value=None)

Parameter Service

1	class rclpy.parameter_service.ParameterService(node)

Logging

1	class rclpy.logging.LoggingSeverity

日志严重性级别枚举。

DEBUG = 10
ERROR = 40
FATAL = 50
INFO = 20
UNSET = 0
WARN = 30

Context

1	class rclpy.context.Context

封装了启动和关闭的生命周期。

上下文对象不应重复使用，并在其析构函数中最终确定。

Execution and Callbacks

控制回调执行的组件有两个：执行器和回调组。

Executors：执行器负责回调的实际执行，应扩展 Executor 类。
Callback：回调组用于执行回调的并发规则，并应扩展 CallbackGroup 类。

Executors

1	class rclpy.executors.Executor(*, context=None)

执行器的基类。

执行器控制用于处理回调的线程模型。回调是工作单位，如订阅回调、定时器回调、服务调用和接收到的客户端响应。执行器控制回调在哪些线程中执行。

自定义执行器必须定义 spin_once()。如果执行器有任何清理工作，则还应定义 shutdown()。

Callback Groups

1	class rclpy.callback_groups.CallbackGroup

回调组的基类。

回调组控制何时允许执行回调。

该类不应被实例化。相反，类应扩展该类并实现 can_execute()、beginning_execution() 和 ending_execution()。

参考资料

https://docs.ros2.org/latest/api/rclpy/

文章链接： https://cloud.tencent.com/developer/article/2436107

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原始发表：2024-7-12，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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