Check with seller Hải Phòng => Cần giảng viên lập trình robot dạy về lập trình robot với ROS Parameter Server

Tuyển dụng giáo viên ngành giáo dục Hải Phòng => Chào bạn,

Tôi rất vui được giúp bạn tìm hiểu về lập trình robot với ROS Parameter Server. , được trình bày theo phong cách giảng viên, tập trung vào việc giải thích rõ ràng, dễ hiểu và đi kèm ví dụ minh họa.

Mục tiêu bài học:

Hiểu rõ khái niệm ROS Parameter Server và vai trò của nó trong hệ thống ROS.
Biết cách sử dụng ROS Parameter Server để lưu trữ và truy xuất các thông số cấu hình của robot.
Nắm vững các phương pháp thiết lập và truy cập parameter từ command line, launch file và code (Python, C++).
Biết cách sử dụng dynamic_reconfigure để thay đổi parameter một cách linh hoạt trong quá trình robot hoạt động.

Nội dung bài học:

1. Tổng quan về ROS Parameter Server:

Khái niệm:

ROS Parameter Server là một thành phần trung tâm của ROS, đóng vai trò như một kho lưu trữ các thông số cấu hình (parameters) cho toàn bộ hệ thống. Các parameters này có thể là bất kỳ loại dữ liệu nào, từ số nguyên, số thực, chuỗi đến danh sách, từ điển.

Vai trò:

Cấu hình:

Cho phép cấu hình robot và các node một cách dễ dàng, tập trung, thay vì phải hard-code các thông số vào code.

Chia sẻ dữ liệu:

Các node có thể chia sẻ dữ liệu với nhau thông qua Parameter Server.

Điều khiển từ xa:

Cho phép thay đổi cấu hình robot từ xa thông qua command line hoặc các công cụ GUI.

Cấu trúc:

Parameter Server là một cây thư mục, tương tự như hệ thống file trên máy tính. Mỗi parameter có một tên duy nhất, được xác định bởi đường dẫn trong cây thư mục. Ví dụ: `/robot_name`, `/base_width`, `/wheel_radius`.

2. Các thao tác cơ bản với ROS Parameter Server:

Sử dụng `rosparam` command line tool:

`rosparam list`:

Liệt kê tất cả các parameter hiện có trên Parameter Server.

`rosparam get `:

Lấy giá trị của một parameter.

`rosparam set `:

Thiết lập giá trị cho một parameter.

`rosparam delete `:

Xóa một parameter.

`rosparam load `:

Tải các parameter từ một file YAML.

`rosparam dump `:

Lưu tất cả các parameter vào một file YAML.

Ví dụ:

```bash
Liệt kê các parameter
rosparam list

Lấy giá trị của parameter /robot_name
rosparam get /robot_name

Thiết lập giá trị cho parameter /base_width
rosparam set /base_width 0.5

Lưu tất cả các parameter vào file config.yaml
rosparam dump config.yaml
```

Sử dụng launch file:

Launch file là một file XML dùng để khởi chạy các node và thiết lập các parameter.
Sử dụng tag `` để thiết lập parameter.
Sử dụng tag `` để tải parameter từ file YAML.

Ví dụ:

```xml











```

Lưu ý:

`command=load` chỉ ra rằng các parameter trong file YAML sẽ được tải lên Parameter Server. Nếu không có thuộc tính này, ROS sẽ chỉ đọc các parameter này và gán cho node tương ứng.

Sử dụng code (Python, C++):

Python:

Sử dụng thư viện `rospy` để truy cập Parameter Server.

C++:

Sử dụng thư viện `ros::NodeHandle` để truy cập Parameter Server.

Ví dụ (Python):

```python
import rospy

rospy.init_node(my_node)

Lấy giá trị của parameter
robot_name = rospy.get_param(/robot_name, default_robot) Nếu không tìm thấy, trả về default_robot
base_width = rospy.get_param(~base_width, 0.4) Namespace private parameter

Thiết lập giá trị cho parameter
rospy.set_param(/wheel_radius, 0.1)

rospy.loginfo(Robot name: %s, robot_name)
rospy.loginfo(Base width: %f, base_width)
```

Ví dụ (C++):

```c++
include

int main(int argc, char **argv) {
ros::init(argc, argv, my_node);
ros::NodeHandle nh;

// Lấy giá trị của parameter
std::string robot_name;
double base_width;

nh.getParam(/robot_name, robot_name);
nh.getParam(~base_width, base_width); // Namespace private parameter

// Thiết lập giá trị cho parameter
nh.setParam(/wheel_radius, 0.1);

ROS_INFO(Robot name: %s, robot_name.c_str());
ROS_INFO(Base width: %f, base_width);

return 0;
}
```

Giải thích ví dụ:

`rospy.get_param(/robot_name, default_robot)` (Python):

Lấy giá trị của parameter `/robot_name`. Nếu parameter này không tồn tại, giá trị mặc định `default_robot` sẽ được trả về.

`nh.getParam(/robot_name, robot_name)` (C++):

Tương tự như trên, nhưng cần truyền biến `robot_name` để lưu giá trị.

`rospy.set_param(/wheel_radius, 0.1)` (Python):

Thiết lập giá trị cho parameter `/wheel_radius` là `0.1`.

`nh.setParam(/wheel_radius, 0.1)` (C++):

Tương tự như trên.

Namespace private parameter (Python: `~base_width`, C++: `~base_width`):

Khi sử dụng `~` phía trước tên parameter, parameter này sẽ nằm trong namespace private của node. Điều này có nghĩa là chỉ node đó mới có thể truy cập trực tiếp parameter này. Điều này rất hữu ích khi bạn muốn các node khác nhau có các thông số cấu hình riêng.

3. Dynamic Reconfigure:

Giới thiệu:

Dynamic Reconfigure là một gói ROS cho phép bạn thay đổi các parameter của một node một cách động trong quá trình node đang chạy, mà không cần phải tắt node và khởi động lại. Điều này rất hữu ích cho việc tinh chỉnh các thông số của robot trong thời gian thực.

Cách sử dụng:

1. Định nghĩa cấu hình:

Tạo một file `.cfg` để định nghĩa các parameter mà bạn muốn có thể thay đổi động.

2. Sử dụng `dynamic_reconfigure`:

Sử dụng các hàm trong gói `dynamic_reconfigure` để liên kết các parameter trong file `.cfg` với các biến trong code của bạn.

3. Sử dụng `rqt_reconfigure`:

Sử dụng công cụ `rqt_reconfigure` để thay đổi các parameter trong thời gian thực.

Ví dụ:

Tạo file `Example.cfg`:

```python
! /usr/bin/env python

PACKAGE = my_package

from dynamic_reconfigure.parameter_generator_catkin import *

gen = ParameterGenerator()

gen.add(int_param, int_t, 0, An Integer parameter, 50, 0, 100)
gen.add(double_param, double_t, 0, A double parameter, 0.5, 0, 1)
gen.add(str_param, str_t, 0, A string parameter, Hello Dynamic Reconfigure)
gen.add(bool_param, bool_t, 0, A boolean parameter, True)

exit(gen.generate(PACKAGE, my_package, Example))
```

Code Python (my_node.py):

```python
import rospy
from dynamic_reconfigure.server import Server
from my_package.cfg import ExampleConfig

def callback(config, level):
rospy.loginfo(Reconfigure Request: {int_param}, {double_param}, {str_param}, {bool_param}.format(**config))
return config

rospy.init_node(dynamic_reconfigure_example)

server = Server(ExampleConfig, callback)
rospy.spin()
```

CMakeLists.txt:

```cmake
cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)
project(my_package)

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
dynamic_reconfigure
roscpp
rospy
)

Generate added messages and services with any dependencies listed here
generate_messages(
DEPENDENCIES
std_msgs Or other packages containing msgs
)

catkin_package(
CATKIN_DEPENDS dynamic_reconfigure roscpp rospy
INCLUDE_DIRS include
LIBRARIES my_package
)

include_directories(
${catkin_INCLUDE_DIRS}
)

add_executable(dynamic_reconfigure_example src/my_node.py)

target_link_libraries(dynamic_reconfigure_example
${catkin_LIBRARIES}
)

install(FILES
cfg/Example.cfg
DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_SHARE_DESTINATION}/cfg
)

install(DIRECTORY launch
DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_SHARE_DESTINATION}
)

Mark executable scripts (Python etc.) for installation
install(PROGRAMS
src/my_node.py
DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION}
)

Create configuration files that are to be installed
install(FILES
cfg/Example.cfg
DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_SHARE_DESTINATION}/cfg
)

generate_dynamic_reconfigure_options(
cfg/Example.cfg
)
```

package.xml:

```xml


my_package
0.0.0
The my_package package

Your Name

TODO

catkin
dynamic_reconfigure
roscpp
rospy

dynamic_reconfigure
roscpp
rospy

dynamic_reconfigure
roscpp
rospy





```

Sau khi build package (catkin_make), chạy node và `rqt_reconfigure`:

```bash
rosrun my_package dynamic_reconfigure_example
rosrun rqt_reconfigure rqt_reconfigure
```

Bây giờ bạn có thể sử dụng `rqt_reconfigure` để thay đổi các parameter `int_param`, `double_param`, `str_param`, `bool_param` trong thời gian thực và xem log của node để thấy các giá trị mới được in ra.

4. Best Practices và Lưu ý:

Đặt tên parameter rõ ràng và dễ hiểu:

Tên parameter nên phản ánh chức năng và ý nghĩa của nó.

Sử dụng namespace:

Sử dụng namespace để tránh xung đột tên parameter giữa các node khác nhau.

Cung cấp giá trị mặc định:

Luôn cung cấp giá trị mặc định cho parameter để đảm bảo node có thể hoạt động ngay cả khi parameter chưa được thiết lập.

Sử dụng Dynamic Reconfigure khi cần thiết:

Chỉ sử dụng Dynamic Reconfigure cho các parameter cần được thay đổi trong thời gian thực. Đối với các parameter ít thay đổi, sử dụng launch file hoặc command line là đủ.

Kiểm tra giá trị parameter:

Luôn kiểm tra giá trị parameter trước khi sử dụng để tránh lỗi không mong muốn.

Bảo mật:

Cẩn thận khi lưu trữ các thông tin nhạy cảm (ví dụ: mật khẩu) trong Parameter Server. Cân nhắc sử dụng các phương pháp bảo mật khác nếu cần thiết.

Bài tập thực hành:

1. Tạo một package ROS có tên `parameter_example`.
2. Tạo một node Python có tên `parameter_node` trong package này.
3. Trong `parameter_node`, sử dụng ROS Parameter Server để:
Đọc các parameter `robot_name` (chuỗi, mặc định là my_robot) và `wheel_radius` (số thực, mặc định là 0.1).
Thiết lập parameter `base_width` (số thực) bằng một giá trị bạn chọn.
In ra giá trị của `robot_name`, `wheel_radius` và `base_width` trong log của node.
4. Tạo một launch file để khởi chạy `parameter_node` và thiết lập giá trị cho `robot_name` và `wheel_radius`.
5. Chạy launch file và kiểm tra log của node để đảm bảo rằng các parameter đã được thiết lập đúng.
6. Sử dụng `rosparam` command line tool để thay đổi giá trị của `base_width` và kiểm tra log của node để đảm bảo rằng giá trị đã được cập nhật.
7. Thêm Dynamic Reconfigure vào `parameter_node` để cho phép bạn thay đổi động `wheel_radius` thông qua `rqt_reconfigure`.

Kết luận:

ROS Parameter Server là một công cụ mạnh mẽ và hữu ích cho việc quản lý cấu hình của robot. Bằng cách nắm vững các khái niệm và kỹ thuật được trình bày trong hướng dẫn này, bạn sẽ có thể sử dụng Parameter Server một cách hiệu quả để xây dựng các hệ thống robot phức tạp và linh hoạt. Chúc bạn thành công!

Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào, đừng ngần ngại hỏi nhé. Tôi luôn sẵn lòng giúp đỡ.

Contact seller Share

Comments