使用 Python、XML 和 YAML 编写 ROS 2 Launch 文件

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前言

ROS 2 launch 文件可以用 Python、XML 和 YAML 编写。本指南介绍了如何使用这些不同的格式来完成相同的任务，并对何时使用每种格式进行了讨论。

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一、Launch 文件示例

下面是一个用 Python、XML 和 YAML 实现的 Launch 文件。每个 Launch 文件都执行以下操作：

• 使用默认值设置命令行参数

• 包含另一个 launch 文件

• 在另一个命名空间中包含另一个启动文件

• 启动节点并设置其名称空间

• 启动一个节点，设置其名称空间，并在该节点中设置参数（使用参数）

• 创建一个节点，将消息从一个话题重新映射到另一个话题

1.1 Python 版本

首先介绍涉及到的几个 类 和 方法

1. ament_index_python.get_package_share_path(package_name, print_warning=True)

以 pathlib.Path 的形式返回给定软件包的共享目录。
例如，如果您将软件包 "foo "安装到"/home/user/ros2_ws/install"，并以 "foo"作为参数调用此函数，那么它将返回一个代表"/home/user/ros2_ws/install/share/foo"的路径，然后您就可以用它来构建共享文件的路径，即 get_package_share_path('foo') /'urdf/robot.urdf'

2. launch.LaunchDescription

基础： LaunchDescriptionEntity
可启动系统的描述。
该描述由一系列实体组成，这些实体代表了系统设计师的意图。
该描述还可能有参数，参数由该启动描述中的 launch.actions.DeclareLaunchArgument 操作声明。
该描述的参数可通过 get_launch_arguments() 方法访问。参数是通过搜索此启动描述中的实体和每个实体的描述（可能包括由这些实体产生的实体）收集的。

3. launch.actions.declare_launch_argument.DeclareLaunchArgument(Action)

基础： Action
声明新启动参数的 Action。
启动参数存储在同名的 "启动配置 "中。请参阅 launch.actions.SetLaunchConfiguration 和 launch.substitutions.LaunchConfiguration。
在 launch.LaunchDescription 中声明的任何启动参数都会在包含该启动描述时作为参数显示出来，例如，在 launch.actions.IncludeLaunchDescription 动作中作为附加参数，或在使用 ros2 launch .... 启动时作为命令行参数。
除了名称（也是参数结果的存储位置）外，启动参数还可能有一个默认值、一个有效值选择列表和一个描述。如果给出了默认值，那么该参数就变成了可选参数，默认值将被放置在启动配置中。如果没有给出默认值，并且在包含启动说明时也没有给出值，则会发生错误。如果给出了一个选择列表，而给定值不在其中，则会发生错误。
默认值可以使用 Substitutions，但名称和描述只能是 Text，因为它们在启动前需要一个有意义的值，例如在列出命令行参数时。
需要注意的是，声明启动参数必须在启动描述的某个部分，而这个部分在不启动的情况下是可以描述的。例如，如果你在条件组中或作为事件处理程序的回调声明了一个启动参数，那么像 ros2 launch 这样的工具可能无法在启动描述之前知道该参数。在这种情况下，该参数在命令行上将不可见，但如果该参数在访问后未满足要求（且没有默认值），则可能引发异常。
换句话说，访问该操作的后置条件要么是同名的启动配置设置了值，要么是由于没有设置任何值且没有默认值而引发异常。但是，前置条件并不能保证在条件或情况夹杂后面的参数是可见的。
例如；
ld = LaunchDescription([DeclareLaunchArgument('simple_argument'),DeclareLaunchArgument('with_default_value', default_value='default'),DeclareLaunchArgument('with_default_and_description',default_value='some_default',description='this argument is used to configure ...'),DeclareLaunchArgument('mode',default_value='A',description='Choose between mode A and mode B',choices=['A', 'B']),# other actions here, ...
])

4. launch.actions.GroupAction

基础： Action
可产生其他操作的 Action。
此操作用于嵌套其他操作，而无需包含单独的启动说明，同时还可选择具有一个条件（与所有其他操作一样）、扩展和转发启动配置和环境变量，以及/或仅为组及其产生的操作声明启动配置。
Scoped=True 时，对启动配置和环境变量的更改仅限于组操作中的操作范围。
当 scopeed=True 和 forwarding=True 时，所有现有的启动配置和环境变量都可在作用域上下文中使用。
当 scope=True 和 forwarding=False 时，所有现有的启动配置和环境变量都会从作用域上下文中移除。
launch_configurations 字典中定义的任何启动配置都将在当前上下文中设置。当 scopeed=False 时，即使 GroupAction 已完成，这些配置也将持续存在。当 scoped=True 时，这些配置将仅对 GroupAction 中的动作可用。当 scope=True 和 forwarding=False 时，launch_configurations 字典将在清除前进行评估，然后在清除的 scope 上下文中重新设置。

5. launch.actions.IncludeLaunchDescription

基础： Action
包含启动描述源并在访问时生成其实体的动作。
可以向启动描述传递参数，这些参数是通过 launch.actions.DeclareLaunchArgument 动作声明的。
如果给定的参数与已声明的启动参数名称不匹配，则仍会使用 launch.actions.SetLaunchConfiguration 动作将其设置为启动配置。这样做的原因是，在给定的启动描述中，并非总能检测到所有已声明启动参数类的实例。
另一方面，如果给定的启动描述声明了启动参数，但未向此操作提供其值，有时会引发错误。不过，只有当声明的启动参数是无条件的（有时声明启动参数的操作只有在特定情况下才会被访问），并且没有默认值可供选择时，才会产生这种错误。
有条件包含的启动参数如果没有默认值，在尽力进行参数检查后仍无法提前发现未满足的参数时，最终将引发错误。

6. launch.launch_description_sources.PythonLaunchDescriptionSource(LaunchDescriptionSource)

基础： LaunchDescriptionSource
Python 启动文件的封装，可在启动过程中加载。

7. launch.substitutions.LaunchConfiguration(Substitution)

可访问启动配置变量的替代变量。

8. launch.substitutions.TextSubstitution(Substitution)

可对单个字符串文本进行替换。

9. PushROSNamespace(Action)

推送 ros 命名空间的动作。
在有作用域的 `GroupAction` 中使用时，它会自动弹出。没有其他方法可以弹出它。 

10. XMLLaunchDescriptionSource(FrontendLaunchDescriptionSource)

封装 XML 启动文件，可在启动过程中加载。

11. YAMLLaunchDescriptionSource(FrontendLaunchDescriptionSource)

封装 YAML 启动文件，可在启动过程中加载。

12. Node(ExecuteProcess)

执行一个 ROS 节点的操作。

Python 代码如下

# example_launch.pyimport osfrom ament_index_python import get_package_share_directoryfrom launch import LaunchDescription
from launch.actions import DeclareLaunchArgument
from launch.actions import GroupAction
from launch.actions import IncludeLaunchDescription
from launch.launch_description_sources import PythonLaunchDescriptionSource
from launch.substitutions import LaunchConfiguration
from launch.substitutions import TextSubstitution
from launch_ros.actions import Node
from launch_ros.actions import PushRosNamespace
from launch_xml.launch_description_sources import XMLLaunchDescriptionSource
from launch_yaml.launch_description_sources import YAMLLaunchDescriptionSourcedef generate_launch_description():# args that can be set from the command line or a default will be usedbackground_r_launch_arg = DeclareLaunchArgument("background_r", default_value=TextSubstitution(text="0"))background_g_launch_arg = DeclareLaunchArgument("background_g", default_value=TextSubstitution(text="255"))background_b_launch_arg = DeclareLaunchArgument("background_b", default_value=TextSubstitution(text="0"))chatter_py_ns_launch_arg = DeclareLaunchArgument("chatter_py_ns", default_value=TextSubstitution(text="chatter/py/ns"))chatter_xml_ns_launch_arg = DeclareLaunchArgument("chatter_xml_ns", default_value=TextSubstitution(text="chatter/xml/ns"))chatter_yaml_ns_launch_arg = DeclareLaunchArgument("chatter_yaml_ns", default_value=TextSubstitution(text="chatter/yaml/ns"))# include another launch filelaunch_include = IncludeLaunchDescription(PythonLaunchDescriptionSource(os.path.join(get_package_share_directory('demo_nodes_cpp'),'launch/topics/talker_listener_launch.py')))# include a Python launch file in the chatter_py_ns namespacelaunch_py_include_with_namespace = GroupAction(actions=[# push_ros_namespace to set namespace of included nodesPushRosNamespace('chatter_py_ns'),IncludeLaunchDescription(PythonLaunchDescriptionSource(os.path.join(get_package_share_directory('demo_nodes_cpp'),'launch/topics/talker_listener_launch.py'))),])# include a xml launch file in the chatter_xml_ns namespacelaunch_xml_include_with_namespace = GroupAction(actions=[# push_ros_namespace to set namespace of included nodesPushRosNamespace('chatter_xml_ns'),IncludeLaunchDescription(XMLLaunchDescriptionSource(os.path.join(get_package_share_directory('demo_nodes_cpp'),'launch/topics/talker_listener_launch.xml'))),])# include a yaml launch file in the chatter_yaml_ns namespacelaunch_yaml_include_with_namespace = GroupAction(actions=[# push_ros_namespace to set namespace of included nodesPushRosNamespace('chatter_yaml_ns'),IncludeLaunchDescription(YAMLLaunchDescriptionSource(os.path.join(get_package_share_directory('demo_nodes_cpp'),'launch/topics/talker_listener_launch.yaml'))),])# start a turtlesim_node in the turtlesim1 namespaceturtlesim_node = Node(package='turtlesim',namespace='turtlesim1',executable='turtlesim_node',name='sim')# start another turtlesim_node in the turtlesim2 namespace# and use args to set parametersturtlesim_node_with_parameters = Node(package='turtlesim',namespace='turtlesim2',executable='turtlesim_node',name='sim',parameters=[{"background_r": LaunchConfiguration('background_r'),"background_g": LaunchConfiguration('background_g'),"background_b": LaunchConfiguration('background_b'),}])# perform remap so both turtles listen to the same command topicforward_turtlesim_commands_to_second_turtlesim_node = Node(package='turtlesim',executable='mimic',name='mimic',remappings=[('/input/pose', '/turtlesim1/turtle1/pose'),('/output/cmd_vel', '/turtlesim2/turtle1/cmd_vel'),])return LaunchDescription([background_r_launch_arg,background_g_launch_arg,background_b_launch_arg,chatter_py_ns_launch_arg,chatter_xml_ns_launch_arg,chatter_yaml_ns_launch_arg,launch_include,launch_py_include_with_namespace,launch_xml_include_with_namespace,launch_yaml_include_with_namespace,turtlesim_node,turtlesim_node_with_parameters,forward_turtlesim_commands_to_second_turtlesim_node,])

1.2 XML 版本

<!-- example_launch.xml --><launch><!-- args that can be set from the command line or a default will be used --><arg name="background_r" default="0" /><arg name="background_g" default="255" /><arg name="background_b" default="0" /><arg name="chatter_py_ns" default="chatter/py/ns" /><arg name="chatter_xml_ns" default="chatter/xml/ns" /><arg name="chatter_yaml_ns" default="chatter/yaml/ns" /><!-- include another launch file --><include file="$(find-pkg-share demo_nodes_cpp)/launch/topics/talker_listener_launch.py" /><!-- include a Python launch file in the chatter_py_ns namespace--><group><!-- push_ros_namespace to set namespace of included nodes --><push_ros_namespace namespace="$(var chatter_py_ns)" /><include file="$(find-pkg-share demo_nodes_cpp)/launch/topics/talker_listener_launch.py" /></group><!-- include a xml launch file in the chatter_xml_ns namespace--><group><!-- push_ros_namespace to set namespace of included nodes --><push_ros_namespace namespace="$(var chatter_xml_ns)" /><include file="$(find-pkg-share demo_nodes_cpp)/launch/topics/talker_listener_launch.xml" /></group><!-- include a yaml launch file in the chatter_yaml_ns namespace--><group><!-- push_ros_namespace to set namespace of included nodes --><push_ros_namespace namespace="$(var chatter_yaml_ns)" /><include file="$(find-pkg-share demo_nodes_cpp)/launch/topics/talker_listener_launch.yaml" /></group><!-- start a turtlesim_node in the turtlesim1 namespace --><node pkg="turtlesim" exec="turtlesim_node" name="sim" namespace="turtlesim1" /><!-- start another turtlesim_node in the turtlesim2 namespaceand use args to set parameters --><node pkg="turtlesim" exec="turtlesim_node" name="sim" namespace="turtlesim2"><param name="background_r" value="$(var background_r)" /><param name="background_g" value="$(var background_g)" /><param name="background_b" value="$(var background_b)" /></node><!-- perform remap so both turtles listen to the same command topic --><node pkg="turtlesim" exec="mimic" name="mimic"><remap from="/input/pose" to="/turtlesim1/turtle1/pose" /><remap from="/output/cmd_vel" to="/turtlesim2/turtle1/cmd_vel" /></node>
</launch>

1.3 YAML 版本

# example_launch.yamllaunch:# args that can be set from the command line or a default will be used
- arg:name: "background_r"default: "0"
- arg:name: "background_g"default: "255"
- arg:name: "background_b"default: "0"
- arg:name: "chatter_py_ns"default: "chatter/py/ns"
- arg:name: "chatter_xml_ns"default: "chatter/xml/ns"
- arg:name: "chatter_yaml_ns"default: "chatter/yaml/ns"# include another launch file
- include:file: "$(find-pkg-share demo_nodes_cpp)/launch/topics/talker_listener_launch.py"# include a Python launch file in the chatter_py_ns namespace
- group:- push_ros_namespace:namespace: "$(var chatter_py_ns)"- include:file: "$(find-pkg-share demo_nodes_cpp)/launch/topics/talker_listener_launch.py"# include a xml launch file in the chatter_xml_ns namespace
- group:- push_ros_namespace:namespace: "$(var chatter_xml_ns)"- include:file: "$(find-pkg-share demo_nodes_cpp)/launch/topics/talker_listener_launch.xml"# include a yaml launch file in the chatter_yaml_ns namespace
- group:- push_ros_namespace:namespace: "$(var chatter_yaml_ns)"- include:file: "$(find-pkg-share demo_nodes_cpp)/launch/topics/talker_listener_launch.yaml"# start a turtlesim_node in the turtlesim1 namespace
- node:pkg: "turtlesim"exec: "turtlesim_node"name: "sim"namespace: "turtlesim1"# start another turtlesim_node in the turtlesim2 namespace and use args to set parameters
- node:pkg: "turtlesim"exec: "turtlesim_node"name: "sim"namespace: "turtlesim2"param:-name: "background_r"value: "$(var background_r)"-name: "background_g"value: "$(var background_g)"-name: "background_b"value: "$(var background_b)"# perform remap so both turtles listen to the same command topic
- node:pkg: "turtlesim"exec: "mimic"name: "mimic"remap:-from: "/input/pose"to: "/turtlesim1/turtle1/pose"-from: "/output/cmd_vel"to: "/turtlesim2/turtle1/cmd_vel"

二、从命令行使用 Launch 文件

1. Launching

上述任何启动文件都可以通过 ros2 launch 运行。要在本地试用它们，可以创建一个新软件包，然后使用

ros2 launch <package_name> <launch_file_name>

或通过指定 launch 文件的路径直接运行该文件

ros2 launch <path_to_launch_file>

2. 设置参数

要设置传递给启动文件的参数，应使用 key:=value 语法。例如，可以用以下方式设置 background_r 的值：

ros2 launch <package_name> <launch_file_name> background_r:=255

ros2 launch <path_to_launch_file> background_r:=255

3. 控制海龟

要测试重映射是否有效，可以在另一个终端运行以下命令来控制海龟：

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

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三、Python、XML 或 YAML： 我应该使用哪种语言？

ROS 1 中的启动文件是用 XML 编写的，因此对于来自 ROS 1 的用户来说，XML 可能是最熟悉的。

对于大多数应用程序来说，选择哪种 ROS 2 启动格式取决于开发人员的偏好。不过，如果你的启动文件需要有 XML 或 YAML 无法实现的灵活性，你可以使用 Python 来编写启动文件。由于以下两个原因，使用 Python 编写 ROS 2 启动文件更为灵活：

• Python 是一种脚本语言，因此您可以在启动文件中使用该语言及其库。

• ros2/launch（一般启动功能）和 ros2/launch_ros（ROS 2 特定启动功能）都是用 Python 编写的，因此你可以访问 XML 和 YAML 可能无法提供的较低级别的启动功能。

尽管如此，用 Python 编写的启动文件可能比 XML 或 YAML 编写的文件更复杂、更冗长。

四、为什么要使用 ROS 2 Launch

ROS 2 系统通常由运行在多个不同进程（甚至不同机器）上的多个节点组成。虽然每个节点都可以单独运行，但很快就会变得非常麻烦。

ROS 2 中的启动系统旨在通过一条命令自动运行多个节点。它可以帮助用户描述系统配置，然后按描述执行。系统配置包括运行哪些程序、在哪里运行、传递哪些参数，以及 ROS 特有的约定，通过为每个组件提供不同的配置，可以方便地在整个系统中重复使用组件。它还负责监控已启动进程的状态，并对这些进程的状态变化做出报告和/或反应。

上述所有内容都在一个启动文件中指定，该文件可以用 Python、XML 或 YAML 编写。使用 ros2 launch 命令运行该启动文件后，所有指定的节点都将运行。

设计文档详细介绍了 ROS 2 启动系统的设计目标（目前尚未提供所有功能）。

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