[ROS Husky主題實作] 單元4 : 啟動多個節點的 LAUNCH 檔實作

<source : unflash>

一、前言

隨著應用越來越進階，使用的節點數量也將隨之增加。若每次使用一個節點，就要開啟一個 terminal，對於開發者的操作而言，將是一件非常費時、麻煩的事。

而 Launch 檔的設計，解決了上述問題，只要一執行，就可以同時執行設定好的節點程式、參數，無須再一個一個打開 Terminal 來執行。更方便的是，ROS Master節點管理器也會被自動啟動。

啟動 Launch 檔案的指令為 "roslaunch"。開啟的方式有兩種，可以透過指定套件包名稱，或是指定路徑。範例如下 :

• 指定套件包名稱 : roslaunch package_name launch_file
• 指定路徑 : roslaunch ~/.../.../.../launch_file

那如何結束launch檔呢？只要在 terminal 中，輸入 " Ctrl + c " 的指令，就可以中止 launch 檔執行。

二、Launch 檔撰寫技巧與參數簡介

Launch 檔使用 一種特別的"XML"格式，附檔名為 ".launch"。Launch 檔可被放在套件包的任意位置中，但為了方便開發起見，大部份的開發者仍會在工作空間中創建一個名為 "launch"的資料夾，並將 launch 檔案放置其中。

在撰寫 Launch 檔上，其格式是用 launch 標籤的形式定義內容，換言之，所有內容都必須寫在 <launch> ... </launch> 中，請參考下列模板。

(二)、Launch檔模板

<launch>
        <arg name="launch檔中所需參數之名稱" default="值" />
      <!-- 第一個節點設定 -->
        <node pkg="套件名稱" type="可執行檔名稱" name="節點名稱" ns="husky">
                <param name="port" value="$(arg port)" />
                <rosparam>
                        cmd_fill: True
                        data:
                                system_status: 10
                                safety_status: 10
                                encoders: 10
                        differential_speed: 10
                        differential_output: 10
                                power_status: 1
                                </rosparam>
                        </node>

        <!-- 第二個節點設定 -->
        <node pkg="husky_base" name="husky_base_diagnostics" type="diagnostics_publisher" />

        <!-- 第三個節點設定 -->
        <node pkg="husky_base" name="husky_basic_odom" type="basic_odom_publisher" />

        <!-- 第四個節點與參數設定 -->

        <node pkg="diagnostic_aggregator" type="aggregator_node" name="diagnostic_aggregator">
        <rosparam command="load" file="載入大量parameter.yaml"/>
        </node>
</launch>

(二)、Launch檔元素解析

1.node

Launch 檔核心是啟動 ROS 節點，同樣使用標籤的形式撰寫。與法如下 :

<node pkg="套件名稱" type="可執行檔名稱" name="節點名稱" ns="husky">

pkg、type、name

必備的屬性。

• pkg為套件包名稱。
• type為可執行檔案名稱。
• name為節點名稱，會覆蓋原本node程式中init()賦予的名稱，當名稱不同時。

另外，以下參數可依據實際開發情形，彈性使用。

output

output = “screen”：將節點輸出內容顯示在Terminal，默認輸出為 log 文件。

Respawn/Required :

"respawn" 和 "required"這兩個參數設定，只要選擇其中一個即可。更多關於選擇性參數使用，請見<ROS.org>

• respawn = “true”：該節點被關閉時，會自動重啟，默認為 False。
• required = “true”：當節點被關閉時，launch檔案中的其他節點也會被關閉。

ns

ns = “namespace”：命名空間。此參數設定可以在一個命名空間啟動一個節點。當要在一個節點中使用多個instances(實例)，這種方式非常有用。只要利用 "ns" 這個參數來指出該命名空間即可。

args

args = “arguments”：節點需要的參數，也就是在 launch 檔中使用區域變數。

2.參數設定

<param>

parameter存在 parameter server (參數服務器)中，是ROS系統中運作的參數。在 launch檔案中，透過<param>載入parameter；launch檔案執行後，parameter就載入到 ROS 的參數服務器。每個啟動的節點，都可透過 ros::param::get() 來取得 parameter 的值，使用者也可在 terminal 中，透過 rosparam 指令取得 parameter 的值。使用方法如下 :

<param name="port" value="$(arg port)" />

執行 launch 檔後，port 這個 parameter 的值就設為 $(arg port) 並載入到參數服務器中。

此外，如果在複雜系統中有很多參數，可透過<rosparam>來快速設置。

<rosparam command="load" file="$(find husky_base)/config/diagnostics.yaml"/>

<rosparam>可幫我們將一個 yaml 格式檔案中的參數全部載入到ROS參數服務器中。 command 屬性需設為 "load"。若有需要，還可選擇設置命名空間 "ns"。

<arg>

arg，即 argument。可看作 launch 檔案內的區域變數，僅限於 launch 檔使用，和 ROS節點內部的執行無關。語法如下 :

<arg name=”arg-name” default=”arg-value”/>

本例為

<arg name="port" default="$(optenv HUSKY_PORT /dev/prolific)" />

若 launch 檔案中需要使用 argument 時，可使用以下語法 :

<paramname="foo" value="$(argarg-name)" />

<node name="node" pkg="package" type="type "args="$(arg arg-name)" />

三、Launch檔實例解析

<launch>
        <arg name="port" default="$(optenv HUSKY_PORT /dev/prolific)" />

        <node pkg="clearpath_base" type="kinematic_node" name="husky_kinematic" ns="husky">
                <param name="port" value="$(arg port)" />
                <rosparam>
                        cmd_fill: True
                        data:
                                system_status: 10
                                safety_status: 10
                                encoders: 10
                        differential_speed: 10
                        differential_output: 10
                                power_status: 1
                                </rosparam>
                        </node>

        <!-- Publish diagnostics information from low-level MCU outputs -->
        <node pkg="husky_base" name="husky_base_diagnostics" type="diagnostics_publisher" />

        <!-- Publish wheel odometry from MCU encoder data -->
        <node pkg="husky_base" name="husky_basic_odom" type="basic_odom_publisher" />

        <!-- Diagnostic Aggregator -->

        <node pkg="diagnostic_aggregator" type="aggregator_node" name="diagnostic_aggregator">
        <rosparam command="load" file="$(find husky_base)/config/diagnostics.yaml"/>
        </node>
</launch>

首先要注意地方為該Launch檔是否以 <launch>...</launch>包住。

接下來要注意的是Husky連接到哪個port(連接埠) : default="$(optenv HUSKY_PORT /dev/prolific)"

將該連接埠存到變數"port" : arg name="port"

<node pkg="clearpath_base" type="kinematic_node" name="husky_kinematic" ns="husky">

此行表示，在"clearpath_base"套件包裡的"kinematic_node"節點，會在 "husky" 命名中被啟動。

在 node 標籤中的參數對於命名空間是屬於 "private"等級。其他變數使用YAML格式。 

伴隨 "kinematic_node" 節點，這個launch檔會一起啟動 "husky_base_diagnositcs" 節點和 "husky_base_odom"節點。在 "diagnostics_aggregator"節點中，則會看到載入 YAML 檔案。

若想了解更多關於 launch 檔的內容，可見 <ROS.org>

四、remap重映射機制與直接套用 launch的方法

(一)、重映射機制

ROS的設計核心就是提高程式碼的反覆使用率。而當我們下載其他開發的的套件，相關接口可能會我們的系統不相容。

幸運地，ROS提供一種叫做 "重映射" 的機制，簡言之，就是取別名。只要將接口取的別名，我們的系統就認識了，但要注意到，接口的資料型態必須相同。<remap>標籤可幫助我們輕鬆達到此目的。

以 turtlebot 的鍵盤控制節點為例，發佈的速度控制指令話題可能是 /turtlebot/cmd_vel，但是我們的機器人訂閱的速度控制話題是 /cmd_vel，這個時候使用<remap>就可以輕鬆解決問題，將 /turtlebot /cmd_vel 重映射為 /cmd_vel，我們的機器人就可以接收到速度控制指令了：

<remap from="/turtlebot/cmd_vel"to="/cmd_vel"/>

(二)、直接套用 launch 的方法

在複雜系統中，多個 launch 檔間存在依賴關係。如果需要直接複製一個已有 launch 檔中的內容，可以使用<include>標籤包含其他launch檔，用法和C語言中的include相似。

<include file="$(dirname)/other.launch" />

launch 在 ROS框架中非常實用、靈活的工具，幫助我們縮短啟動各個所需節點的時間，無須編寫大量程式碼，就可以實現許多機器人功能。

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參考資料 :

• ROS.org : roslaunch XML node
• clearpathrobotics : LAUNCH FILES
• 古月居 : ROS探索总结（五十六）—— launch文件

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