ROS2之Launch介绍

在前面的ROS2学习中，每当我们运行一个ROS节点，都需要打开一个新的终端运行一个命令。机器人系统中节点很多，每次都这样启动好麻烦。有没有一种方式可以一次性启动所有节点呢？答案当然是肯定的，那就是Launch启动文件，它是ROS系统中多节点启动与配置的一种脚本。
一、Launch文件

ROS2的launch文件有三种格式，python、xml、yaml。其中ROS2官方推荐的时python方式编写launch文件。
原因在于，相较于XML和YAML，Python是一个编程语言，更加的灵活，我们可以利用Python的很多库来做一些其他工作（比如创建一些初始化的目录等）。
我们首先创建my_learning_launch的Python版本的功能包；

1. pi@NanoPC-T6:~/dev_ws$ cd src
2. pi@NanoPC-T6:~/dev_ws/src$ ros2 pkg create --build-type ament_python my_learning_launch

复制代码

打开my_learning_launch功能包，在my_learning_launch文件夹下创建子文件launch。
1.1 多节点启动

我们首先来看看如何启动多个节点。
1.1.1 代码实现

在launch文件夹下新建simple.launch.py；

1. from launch import LaunchDescription           # launch文件的描述类
2. from launch_ros.actions import Node            # 节点启动的描述类
4. def generate_launch_description():             # 自动生成launch文件的函数
5.     return LaunchDescription([                 # 返回launch文件的描述信息
6.         Node(                                  # 配置一个节点的启动
7.             package='my_learning_topic',       # 节点所在的功能包
8.             executable='topic_helloworld_pub', # 节点的可执行文件
9.         ),
10.         Node(                                  # 配置一个节点的启动
11.             package='my_learning_topic',       # 节点所在的功能包
12.             executable='topic_helloworld_sub', # 节点的可执行文件名
13.         ),
14.     ])

复制代码

generate_launch_description是ROS2 launch文件的入口函数；

• 必须命名为 generate_launch_description；
  
• 必须返回一个 LaunchDescription 对象；
  
• 这个函数会被launch系统自动调用。
  

Node配置详解：

• package：节点所属的功能包名称
  
• executable：可执行文件名称（通常是 setup.py 或 CMakeLists.txt 中定义的目标）；
  
• name：如果不指定 name，默认使用可执行文件名，指定name可以覆盖默认名称，节点全名 = 命名空间 + 节点名。
  

1.1.2 运行测试

启动终端，使用ros2中的launch命令来启动第一个launch文件：

1. ros2 launch my_learning_launch simple.launch.py

复制代码

运行成功后，就可以在终端中看到发布者和订阅者两个节点的日志信息啦。
1.2 命令行参数配置

我们使用ros2命令在终端中启动节点时，还可以在命令后配置一些传入程序的参数，使用launch文件一样可以做到。
1.2.1 代码实现

命令行后边的参数是如何通过launch传入节点的呢？来看下这个launch文件。
在launch文件夹下创建rviz.launch.py；

1. import os
3. from ament_index_python.packages import get_package_share_directory # 查询功能包路径的方法
5. from launch import LaunchDescription    # launch文件的描述类
6. from launch_ros.actions import Node     # 节点启动的描述类
9. def generate_launch_description():      # 自动生成launch文件的函数
10.    rviz_config = os.path.join(          # 找到配置文件的完整路径
11.       get_package_share_directory('my_learning_launch'),
12.       'rviz',
13.       'turtle_rviz.rviz'
14.       )
16.    return LaunchDescription([           # 返回launch文件的描述信息
17.       Node(                             # 配置一个节点的启动
18.          package='rviz2',               # 节点所在的功能包
19.          executable='rviz2',            # 节点的可执行文件名
20.          name='rviz2',                  # 对节点重新命名
21.          arguments=['-d', rviz_config]  # 加载命令行参数
22.       )
23.    ])

复制代码

这是一个ros2启动Rviz2并加载自定义配置文件的launch文件，这里通过arguments指定了命令行参数。
1.2.2 运行测试

比如我们想要运行一个Rviz可视化上位机，并且加载某一个配置文件，使用命令行的话，是这样的：

1. ros2 run rviz2 rviz2 -d <PACKAGE-PATH>/rviz/turtle_rviz.rviz

复制代码

命令后边还得跟一长串配置文件的路径，如果放在launch文件里，启动就优雅很多了：

1. ros2 launch my_learning_launch rviz.launch.py

复制代码

1.3 资源重映射

ROS社区中的资源非常多，当我们使用别人代码的时候，经常会发现通信的话题名称不太符合我们的要求，能否对类似的资源重新命名呢？
为了提高软件的复用性，ROS提供了资源重映射的机制，可以帮助我们解决类似的问题。
1.3.1 代码实现

在launch文件夹下创建remapping.launch.py；

1. from launch import LaunchDescription      # launch文件的描述类
2. from launch_ros.actions import Node       # 节点启动的描述类
4. def generate_launch_description():        # 自动生成launch文件的函数
5.     return LaunchDescription([            # 返回launch文件的描述信息
6.         Node(                             # 配置一个节点的启动
7.             package='turtlesim',          # 节点所在的功能包
8.             namespace='turtlesim1',       # 节点所在的命名空间
9.             executable='turtlesim_node',  # 节点的可执行文件名
10.             name='sim'                    # 对节点重新命名
11.         ),
12.         Node(                             # 配置一个节点的启动
13.             package='turtlesim',          # 节点所在的功能包
14.             namespace='turtlesim2',       # 节点所在的命名空间
15.             executable='turtlesim_node',  # 节点的可执行文件名
16.             name='sim'                    # 对节点重新命名
17.         ),
18.         Node(                             # 配置一个节点的启动
19.             package='turtlesim',          # 节点所在的功能包
20.             executable='mimic',           # 节点的可执行文件名
21.             name='mimic',                 # 对节点重新命名
22.             remappings=[                  # 资源重映射列表
23.                 ('/input/pose', '/turtlesim1/turtle1/pose'),         # 将/input/pose话题名修改为/turtlesim1/turtle1/pose
24.                 ('/output/cmd_vel', '/turtlesim2/turtle1/cmd_vel'),  # 将/output/cmd_vel话题名修改为/turtlesim2/turtle1/cmd_vel
25.             ]
26.         )
27.     ])

复制代码

这段代码实现了一个 "海龟模仿" 功能，让第二只海龟（turtlesim2）模仿第一只海龟（turtlesim1）的运动。这是ROS中一个经典的演示示例。
代码中首先创建两个独立的海龟仿真环境节点：

• 第一个海龟仿真器：/turtlesim1/sim；
  
• 第二个海龟仿真器：/turtlesim2/sim；
  

两个独立的海龟窗口会打开，每只海龟都有自己的话题和服务（可以通过ros2 topic list验证）；

• /turtlesim1/turtle1/pose (海龟1的位置)；
  
• /turtlesim2/turtle1/pose (海龟2的位置)；
  
• /turtlesim1/turtle1/cmd_vel (控制海龟1)；
  
• /turtlesim2/turtle1/cmd_vel (控制海龟2)。
  

接着创建模仿节点实现运动同步，这里要用到turtlesim功能包里另外一个节点，叫做mimic，它的功能是订阅某一个海龟的Pose位置，通过计算变换成一个同样运动的速度指令发布出去；具体原理如下：

• 订阅：/input/pose（海龟1的位置话题）
  
• 发布：/output/cmd_vel（海龟2的控制命令）
  
• 算法：根据海龟1的当前位置，计算海龟2应该以什么速度运动才能到达相同位置。
  

1.3.2 数据流分析

1. [海龟1运动] → [发布pose] → /turtlesim1/turtle1/pose
2.                                     ↓
3.                               mimic节点订阅
4.                                     ↓  
5.                         [计算控制命令] → /turtlesim2/turtle1/cmd_vel
6.                                     ↓
7.                             [海龟2接收命令并运动]

复制代码

具体话题映射：

1. mimic节点内部:       重映射后:
2. /input/pose      →   /turtlesim1/turtle1/pose  (订阅)
3. /output/cmd_vel  →   /turtlesim2/turtle1/cmd_vel (发布)

复制代码

1.3.3 运行测试

启动一个终端，运行如下例程，很快会看到出现了两个小海龟仿真器界面；

1. ros2 launch my_learning_launch rviz.launch.py

复制代码

再打开一个终端，发布如下话题，让海龟1动起来，海龟2也会一起运动：

1. ros2 topic pub --rate 1 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 2.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z: 1.8}}"

复制代码

或者使用键盘控制：

1. ros2 run turtlesim turtle_teleop_key --ros-args --remap turtle1/cmd_vel:=/turtlesim1/turtle1/cmd_vel

复制代码

1.4 ROS参数设置

ROS系统中的参数，也可以在Launch文件中设置。
1.4.1 代码实现

在launch文件夹下创建parameters.launch.py；

1. from launch import LaunchDescription                   # launch文件的描述类
2. from launch.actions import DeclareLaunchArgument       # 声明launch文件内使用的Argument类
3. from launch.substitutions import LaunchConfiguration, TextSubstitution
5. from launch_ros.actions import Node                    # 节点启动的描述类
8. def generate_launch_description():                     # 自动生成launch文件的函数
9.    background_r_launch_arg = DeclareLaunchArgument(
10.       'background_r', default_value=TextSubstitution(text='0')     # 创建一个Launch文件内参数（arg）background_r
11.    )
12.    background_g_launch_arg = DeclareLaunchArgument(
13.       'background_g', default_value=TextSubstitution(text='84')    # 创建一个Launch文件内参数（arg）background_g
14.    )
15.    background_b_launch_arg = DeclareLaunchArgument(
16.       'background_b', default_value=TextSubstitution(text='122')   # 创建一个Launch文件内参数（arg）background_b
17.    )
19.    return LaunchDescription([                                      # 返回launch文件的描述信息
20.       background_r_launch_arg,                                     # 调用以上创建的参数（arg）
21.       background_g_launch_arg,
22.       background_b_launch_arg,
23.       Node(                                                        # 配置一个节点的启动
24.          package='turtlesim',
25.          executable='turtlesim_node',                              # 节点所在的功能包
26.          name='sim',                                               # 对节点重新命名
27.          parameters=[{                                             # ROS参数列表
28.             'background_r': LaunchConfiguration('background_r'),   # 创建参数background_r
29.             'background_g': LaunchConfiguration('background_g'),   # 创建参数background_g
30.             'background_b': LaunchConfiguration('background_b'),   # 创建参数background_b
31.          }]
32.       ),
33.    ])

复制代码

注意：launch文件中出现的argument和parameter，虽都译为“参数”，但含义不同：

• argument：仅限launch文件内部使用，方便在launch中调用某些数值；
  
• parameter：ROS系统的参数，方便在节点见使用某些数值；
  

1.4.2 代码进阶

以上例程我们在launch文件中一个一个的设置参数，略显麻烦，当参数比较多的时候，建议使用参数文件进行加载。
在launch文件夹下创建parameters_yaml.launch.py；

1. import os
3. from ament_index_python.packages import get_package_share_directory  # 查询功能包路径的方法
5. from launch import LaunchDescription   # launch文件的描述类
6. from launch_ros.actions import Node    # 节点启动的描述类
9. def generate_launch_description():     # 自动生成launch文件的函数
10.    config = os.path.join(              # 找到参数文件的完整路径
11.       get_package_share_directory('my_learning_launch'),
12.       'config',
13.       'turtlesim.yaml'
14.       )
16.    return LaunchDescription([          # 返回launch文件的描述信息
17.       Node(                            # 配置一个节点的启动
18.          package='turtlesim',          # 节点所在的功能包
19.          executable='turtlesim_node',  # 节点的可执行文件名
20.          namespace='turtlesim2',       # 节点所在的命名空间
21.          name='sim',                   # 对节点重新命名
22.          parameters=[config]           # 加载参数文件
23.       )
24.    ])

复制代码

注意：这里我们需要创建子文件夹config，并新增turtlesim.yaml；

1. /turtlesim:
2.   ros__parameters:
3.     background_b: 150
4.     background_g: 50
5.     background_r: 100
6.     qos_overrides:
7.       /parameter_events:
8.         publisher:
9.           depth: 1000
10.           durability: volatile
11.           history: keep_last
12.           reliability: reliable
13.     use_sim_time: false

复制代码

1.4.3 运行测试

启动一个终端，运行如下命令：

1. ros2 launch my_learning_launch parameters.launch.py

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在启动的海龟仿真器中，我们看到背景颜色被改变了，这个颜色参数的设置就是在launch文件中完成的；
1.5 嵌套

在复杂的机器人系统中，launch文件也会有很多，此时我们可以使用类似编程中的include机制，让launch文件互相包含。
在launch文件夹下创建namespaces.launch.py；

1. import os
3. from ament_index_python.packages import get_package_share_directory  # 查询功能包路径的方法
5. from launch import LaunchDescription                 # launch文件的描述类
6. from launch.actions import IncludeLaunchDescription  # 节点启动的描述类
7. from launch.launch_description_sources import PythonLaunchDescriptionSource
8. from launch.actions import GroupAction               # launch文件中的执行动作
9. from launch_ros.actions import PushRosNamespace      # ROS命名空间配置
11. def generate_launch_description():                   # 自动生成launch文件的函数
12.    parameter_yaml = IncludeLaunchDescription(        # 包含指定路径下的另外一个launch文件
13.       PythonLaunchDescriptionSource([os.path.join(
14.          get_package_share_directory('my_learning_launch'), 'launch'),
15.          '/parameters_nonamespace.launch.py'])
16.       )
18.    parameter_yaml_with_namespace = GroupAction(      # 对指定launch文件中启动的功能加上命名空间
19.       actions=[
20.          PushRosNamespace('turtlesim2'),
21.          parameter_yaml]
22.       )
24.    return LaunchDescription([                        # 返回launch文件的描述信息
25.       parameter_yaml_with_namespace
26.    ])

复制代码

二、功能包编译配置

我们需要修改setup.py文件，添加配置文件；

1.     ...
3.     data_files=[
4.         ('share/ament_index/resource_index/packages',
5.             ['resource/' + package_name]),
6.         ('share/' + package_name, ['package.xml']),
7.         (os.path.join('share', package_name, 'launch'), glob(os.path.join('launch', '*.launch.py'))),
8.         (os.path.join('share', package_name, 'config'), glob(os.path.join('config', '*.*'))),
9.         (os.path.join('share', package_name, 'rviz'), glob(os.path.join('rviz', '*.*'))),
10.     ],
12.     ...

复制代码

参考文章
[1] 古月居ROS2入门教程学习笔记

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