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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；

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

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；

from launch import LaunchDescription           # launch文件的描述类
from launch_ros.actions import Node            # 节点启动的描述类

def generate_launch_description():             # 自动生成launch文件的函数
    return LaunchDescription([                 # 返回launch文件的描述信息
        Node(                                  # 配置一个节点的启动
            package='my_learning_topic',       # 节点所在的功能包
            executable='topic_helloworld_pub', # 节点的可执行文件
        ),
        Node(                                  # 配置一个节点的启动
            package='my_learning_topic',       # 节点所在的功能包
            executable='topic_helloworld_sub', # 节点的可执行文件名
        ),
    ])

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：

ros2 launch my_learning_launch simple.launch.py

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；

import os

from ament_index_python.packages import get_package_share_directory # 查询功能包路径的方法

from launch import LaunchDescription    # launch文件的描述类
from launch_ros.actions import Node     # 节点启动的描述类


def generate_launch_description():      # 自动生成launch文件的函数
   rviz_config = os.path.join(          # 找到配置文件的完整路径
      get_package_share_directory('my_learning_launch'),
      'rviz',
      'turtle_rviz.rviz'
      )

   return LaunchDescription([           # 返回launch文件的描述信息
      Node(                             # 配置一个节点的启动
         package='rviz2',               # 节点所在的功能包
         executable='rviz2',            # 节点的可执行文件名
         name='rviz2',                  # 对节点重新命名
         arguments=['-d', rviz_config]  # 加载命令行参数
      )
   ])

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：

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

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：

ros2 launch my_learning_launch rviz.launch.py

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；

from launch import LaunchDescription      # launch文件的描述类
from launch_ros.actions import Node       # 节点启动的描述类

def generate_launch_description():        # 自动生成launch文件的函数
    return LaunchDescription([            # 返回launch文件的描述信息
        Node(                             # 配置一个节点的启动
            package='turtlesim',          # 节点所在的功能包
            namespace='turtlesim1',       # 节点所在的命名空间
            executable='turtlesim_node',  # 节点的可执行文件名
            name='sim'                    # 对节点重新命名
        ),
        Node(                             # 配置一个节点的启动
            package='turtlesim',          # 节点所在的功能包
            namespace='turtlesim2',       # 节点所在的命名空间
            executable='turtlesim_node',  # 节点的可执行文件名
            name='sim'                    # 对节点重新命名
        ),
        Node(                             # 配置一个节点的启动
            package='turtlesim',          # 节点所在的功能包
            executable='mimic',           # 节点的可执行文件名
            name='mimic',                 # 对节点重新命名
            remappings=[                  # 资源重映射列表
                ('/input/pose', '/turtlesim1/turtle1/pose'),         # 将/input/pose话题名修改为/turtlesim1/turtle1/pose
                ('/output/cmd_vel', '/turtlesim2/turtle1/cmd_vel'),  # 将/output/cmd_vel话题名修改为/turtlesim2/turtle1/cmd_vel
            ]
        )
    ])

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

具体话题映射：

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

ros2 launch my_learning_launch rviz.launch.py

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：

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}}"

或者使用键盘控制：

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

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；

from launch import LaunchDescription                   # launch文件的描述类
from launch.actions import DeclareLaunchArgument       # 声明launch文件内使用的Argument类
from launch.substitutions import LaunchConfiguration, TextSubstitution

from launch_ros.actions import Node                    # 节点启动的描述类


def generate_launch_description():                     # 自动生成launch文件的函数
   background_r_launch_arg = DeclareLaunchArgument(
      'background_r', default_value=TextSubstitution(text='0')     # 创建一个Launch文件内参数（arg）background_r
   )
   background_g_launch_arg = DeclareLaunchArgument(
      'background_g', default_value=TextSubstitution(text='84')    # 创建一个Launch文件内参数（arg）background_g
   )
   background_b_launch_arg = DeclareLaunchArgument(
      'background_b', default_value=TextSubstitution(text='122')   # 创建一个Launch文件内参数（arg）background_b
   )

   return LaunchDescription([                                      # 返回launch文件的描述信息
      background_r_launch_arg,                                     # 调用以上创建的参数（arg）
      background_g_launch_arg,
      background_b_launch_arg,
      Node(                                                        # 配置一个节点的启动
         package='turtlesim',
         executable='turtlesim_node',                              # 节点所在的功能包
         name='sim',                                               # 对节点重新命名
         parameters=[{                                             # ROS参数列表
            'background_r': LaunchConfiguration('background_r'),   # 创建参数background_r
            'background_g': LaunchConfiguration('background_g'),   # 创建参数background_g
            'background_b': LaunchConfiguration('background_b'),   # 创建参数background_b
         }]
      ),
   ])

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；

import os

from ament_index_python.packages import get_package_share_directory  # 查询功能包路径的方法

from launch import LaunchDescription   # launch文件的描述类
from launch_ros.actions import Node    # 节点启动的描述类


def generate_launch_description():     # 自动生成launch文件的函数
   config = os.path.join(              # 找到参数文件的完整路径
      get_package_share_directory('my_learning_launch'),
      'config',
      'turtlesim.yaml'
      )

   return LaunchDescription([          # 返回launch文件的描述信息
      Node(                            # 配置一个节点的启动
         package='turtlesim',          # 节点所在的功能包
         executable='turtlesim_node',  # 节点的可执行文件名
         namespace='turtlesim2',       # 节点所在的命名空间
         name='sim',                   # 对节点重新命名
         parameters=[config]           # 加载参数文件
      )
   ])

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

/turtlesim:
  ros__parameters:
    background_b: 150
    background_g: 50
    background_r: 100
    qos_overrides:
      /parameter_events:
        publisher:
          depth: 1000
          durability: volatile
          history: keep_last
          reliability: reliable
    use_sim_time: false
1.4.3 运行测试

启动一个终端，运行如下命令：

ros2 launch my_learning_launch parameters.launch.py

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；

import os

from ament_index_python.packages import get_package_share_directory  # 查询功能包路径的方法

from launch import LaunchDescription                 # launch文件的描述类
from launch.actions import IncludeLaunchDescription  # 节点启动的描述类
from launch.launch_description_sources import PythonLaunchDescriptionSource
from launch.actions import GroupAction               # launch文件中的执行动作
from launch_ros.actions import PushRosNamespace      # ROS命名空间配置

def generate_launch_description():                   # 自动生成launch文件的函数
   parameter_yaml = IncludeLaunchDescription(        # 包含指定路径下的另外一个launch文件
      PythonLaunchDescriptionSource([os.path.join(
         get_package_share_directory('my_learning_launch'), 'launch'),
         '/parameters_nonamespace.launch.py'])
      )

   parameter_yaml_with_namespace = GroupAction(      # 对指定launch文件中启动的功能加上命名空间
      actions=[
         PushRosNamespace('turtlesim2'),
         parameter_yaml]
      )

   return LaunchDescription([                        # 返回launch文件的描述信息
      parameter_yaml_with_namespace
   ])

二、功能包编译配置

我们需要修改setup.py文件，添加配置文件；

    ...

    data_files=[
        ('share/ament_index/resource_index/packages',
            ['resource/' + package_name]),
        ('share/' + package_name, ['package.xml']),
        (os.path.join('share', package_name, 'launch'), glob(os.path.join('launch', '*.launch.py'))),
        (os.path.join('share', package_name, 'config'), glob(os.path.join('config', '*.*'))),
        (os.path.join('share', package_name, 'rviz'), glob(os.path.join('rviz', '*.*'))),
    ],

    ...

参考文章

[1] 古月居ROS2入门教程学习笔记

posted @ 2025-12-20 15:02  大奥特曼打小怪兽  阅读(0)  评论(0)    收藏  举报
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