[ROS]（12）ROS通信 —— 参数服务器（Parameter Server）通信

  文章只是个人学习过程中学习笔记，主要参考ROS教程^{1 2} 。

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[ROS]（01）创建ROS工作空间

[ROS]（02）创建&编译ROS软件包Package

[ROS]（03）CMakeLists.txt详解

[ROS]（04）package.xml详解

1、概述

  参数服务器（Parameter Server ³）：是可以通过网络 API 访问的共享的多变量字典。在运行时节点（Nodes）使用此服务器去存储和检索参数。（类似于全局变量，存储多个节点共享的数据。）

Tips：参数服务器不是为高性能（high-performance）而设计的，因此最好用于静态、非二进制的数据，如配置参数。

2、参数服务器通信机制

  参数服务器通信 是ROS通信中一种比较特殊又比较简单的通信方式。参数服务器在ROS Master内部运行。

图2-1 参数服务器（Parameter Server）通信模型

3、参数命令rosparam

   rosparam ⁴ 能让我们在ROS参数服务器（Parameter Server）上存储和操作数据。参数服务器能够存储整型（integer）、浮点（float）、布尔（boolean）、字典（dictionaries）和列表（list）等数据类型。

Tips：rosparam使用YAML标记语言的语法。一般而言，YAML的表述很自然：1是整型，1.0是浮点型，one是字符串，true是布尔型，[1, 2, 3]是整型组成的列表，{a: b, c: d}是字典。

4、参数服务器通信实操 – 修改海龟模拟器的背景颜色

  通过ROS内置的 海龟模拟器（turtlesim） 来进行参数服务器通信的实操，这里我们以修改海龟模拟器背景颜色举例：背景颜色修改为紫色（RGB: 160 32 240）。

  实现的步骤如下：
  步骤1：在新终端中启动roscore

roscore
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  步骤2：在新终端中启动海龟模拟器的节点turtlesim_node

rosrun turtlesim turtlesim_node
1

  步骤3：在新终端中使用rosparam命令获取参数列表。

rosparam list
1

图4-1 修改海龟模拟器的背景颜色步骤1-3

  步骤4：通过调试工具rqt工具箱和编程的方式修改海龟模拟器的背景颜色。

图4-2 海龟模拟器初始状态

4.1 调试工具实现

  在新终端中输入rqt命令打开rqt工具箱，然后在菜单栏中打开参数和服务插件，分别为Plugins/Configuration/Param Edit和Plugins/Services/Service Caller，如图4-3所示。

图4-3 rqt工具箱插件Param Edit（左）和 Service Caller（右）

  在Param Edit中将海龟模拟器turtlesim的背景颜色background_x的值改为紫色，如图4-4所示①；然后在Service Caller中选择调用clear服务，如图4-4所示②；最后点击右上角Call使已被修改的参数生效。

图4-4 通过调试工具的方式修改海龟模拟器的背景颜色为紫色

4.2 编程实现（C++）

  在beginner_tutorials软件包的src目录下创建修改海龟模拟器的背景颜色的源文件：

roscd beginner_tutorials
cd src
touch turtle_set_param.cpp
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4.2.1 程序代码（turtle_set_param.cpp）

#include "ros/ros.h"
#include 

int main(int argc, char **argv)
{
    setlocale(LC_ALL,"");

    /* 初始化ROS节点 */
    ros::init(argc,argv,"turtle_set_param");
    
    /* 为这个节点创建句柄 */
    ros::NodeHandle nh("turtlesim");

    int red, green, blue;

    /* 读取海龟模拟器背景颜色参数 */
    ros::param::get("/turtlesim/background_r",red);
    ros::param::get("/turtlesim/background_g",green);
    ros::param::get("/turtlesim/background_b",blue);

    ROS_INFO("Get turtlesim background color[%3d, %3d, %3d]",red ,green,blue);

    /* 设置海龟模拟器背景颜色参数，设置为紫色（160，32，240） */
    ros::param::set("/turtlesim/background_r",160);
    ros::param::set("/turtlesim/background_g",32);
    ros::param::set("/turtlesim/background_b",240);

    ROS_INFO("Set turtlesim background color[%3d, %3d, %3d]",160 ,32,240);

    /* 读取海龟模拟器背景颜色参数 */
    ros::param::get("/turtlesim/background_r",red);
    ros::param::get("/turtlesim/background_g",green);
    ros::param::get("/turtlesim/background_b",blue);

    ROS_INFO("Again get turtlesim background color[%3d, %3d, %3d]",red ,green,blue);

    /* 调用 /clear 服务，使已被修改的参数生效 */
    ros::service::waitForService("/clear");
    ros::ServiceClient client = nh.serviceClient<std_srvs::Empty>("/clear"); // 参数为空的服务
    std_srvs::Empty srvs;
    /* 服务调用 */
    if(client.call(srvs))
    {
        ROS_INFO("海龟模拟器turtlesim已修改的背景颜色已生效!");
    }
    else
    {
        ROS_INFO("调用服务失败!");
    }

    return 0;
}
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4.2.2 配置CMakeLists.txt

  只需将这几行添加到CMakeLists.txt文件的底部：

add_executable(turtle_set_param src/turtle_set_param.cpp)
target_link_libraries(turtle_set_param ${catkin_LIBRARIES})
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4.2.3 编译、运行

  在你的工作空间下执行catkin_make编译，将turtle_set_param.cpp编译成可执行文件turtle_set_param。编译后，在终端中执行过程如下所示。

图4-5 运行turtle_set_param，修改海龟模拟器的背景颜色

4.3 编程实现（Python）

  在beginner_tutorials软件包的scripts目录下创建修改海龟模拟器的背景颜色源文件：

roscd beginner_tutorials
cd scripts
touch turtle_set_param.py
chmod +x turtle_set_param.py
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4.3.1 程序代码（turtle_set_param.py）

#!/usr/bin/env python
# encoding: utf-8

import rospy
from std_srvs.srv import Empty

def turtle_set_param():
    # 初始化ROS节点
    rospy.init_node("turtle_set_param")

    # 读取海龟模拟器背景颜色参数
    red   = rospy.get_param("/turtlesim/background_r")
    green = rospy.get_param("/turtlesim/background_g")
    blue  = rospy.get_param("/turtlesim/background_b")

    rospy.loginfo("Get turtlesim background color[%3d, %3d, %3d]",red ,green,blue)

    # 设置海龟模拟器背景颜色参数，设置为紫色（160，32，240）
    rospy.set_param("/turtlesim/background_r",160)
    rospy.set_param("/turtlesim/background_g",32)
    rospy.set_param("/turtlesim/background_b",240)

    rospy.loginfo("Set turtlesim background color[%3d, %3d, %3d]",160 ,32,240)

    # 读取海龟模拟器背景颜色参数 
    red   = rospy.get_param("/turtlesim/background_r")
    green = rospy.get_param("/turtlesim/background_g")
    blue  = rospy.get_param("/turtlesim/background_b")

    rospy.loginfo("Again Get turtlesim background color[%3d, %3d, %3d]",red ,green,blue)

    # 调用 /clear 服务，使已被修改的参数生效 
    rospy.wait_for_service("/clear")
    try:
        clear_client = rospy.ServiceProxy("/clear",Empty)
        clear_client()
        rospy.loginfo("海龟模拟器turtlesim已修改的背景颜色已生效!")
    except rospy.ServiceException as e:
        rospy.loginfo("调用服务失败!")


if __name__ == '__main__':
    turtle_set_param()
 
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4.3.2 配置CMakeLists.txt

  只需catkin_install_python中添加scripts/turtle_set_param.py即可：

#安装python可执行脚本
catkin_install_python(PROGRAMS
  scripts/turtle_set_param.py
  ... 
  DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION}
  )
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4.3.3 编译、运行

  其实这个例子很简单，不需要编译，直接执行python文件就行。但是我们还是养成习惯吧，每次创建和修改代码后，就catkin_make编译一下，即使是Python节点也必须使用它。这是为了确保能为创建的消息和服务自动生成Python代码。

图4-6 运行turtle_set_param.py，修改海龟模拟器的背景颜色

5、rosparam实操

ROS提供了一个稳定的命令行工具rosparam来设置和获取参数。通过已运行的海龟模拟器（turtlesim）来实操参数命令。

5.1 rosparam list

   rosparam list 列出所有的参数名。

turtlesim节点在参数服务器上有3个参数用于设定背景颜色(RGB格式)：/turtlesim/background_x

5.2 rosparam get

   rosparam get [parameter-name] 获取一个参数的值。

   也可以使用 rosparam get / 命令来显示参数服务器上的所有内容。

5.3 rosparam set

   rosparam set [parameter-name] [parameter-value] 为参数设置一个值。

# 将 turtlesim 的背景颜色修改为红色（RGB: 255 0 0）
 rosparam set /turtlesim/background_r 255
 rosparam set /turtlesim/background_g 0
 rosparam set /turtlesim/background_b 0
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   上述指令修改了参数的值，但还未生效，因此我们需要调用clear服务使得参数的修改能生效：

rosservice call /clear
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5.4 rosparam dump

   rosparam dump[file-name] 将参数服务器的 YAML 格式的内容转储到文件中。

# 在 beginner_tutorials软件包下创建param目录文件夹
roscd beginner_tutorials
mkdir param
# 在param目录文件夹下将参数服务器的 YAML 格式的内容转储到文件中。
cd param
rosparam dump params_all.yaml
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Node：参数保存位置为当前执行命令的目录下。

   rosparam dump[file-name] [namespace] 只转储指定命名空间中的参数。

# 在param目录文件夹下转储指定命名空间中的参数
rosparam dump params_specified.yaml turtlesim
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5.5 rosparam load

   rosparam load [file-name] 将 YAML 文件中的参数加载到指定的命名空间(默认为/)。

修改params_all.yaml文件 turtlesim 的背景颜色修改为绿色（RGB: 0 255 0）
rosparam load params_all.yaml
rosservice call /clear
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  甚至可以将YAML文件重载入新的命名空间，例如：copy_param

rosparam load params_specified.yaml copy_param
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5.6 rosparam delete

   rosparam delete [parameter-name] 删除参数值。

rosparam delete /copy_param/background_r
rosparam delete /copy_param/background_g
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1. ROS.org. ROS教程[EB/OL]. 2020-12-22[2022-7-5]. http://wiki.ros.org/cn/ROS/Tutorials. ↩︎

2. ROS.org. 理解ROS服务和参数[EB/OL]. 2020-12-23[2022-11-02]. https://wiki.ros.org/cn/ROS/Tutorials/UnderstandingServicesParams. ↩︎

3. ROS.org. Parameter Server[EB/OL]. 2018-11-08[2022-11-02]. https://wiki.ros.org/Parameter%20Server. ↩︎

4. ROS.org. rosparam[EB/OL].2014-06-29[2022-11-02]. https://wiki.ros.org/rosparam ↩︎