理解 ROS 2 节点

目标： 了解 ROS 2 中节点的功能，以及与节点交互的工具。

教程级别： 初级

预计用时： 10 分钟

背景

1. ROS 2 图

在接下来的几个教程中，你将学习一系列构成所谓”ROS（2）图”的核心 ROS 2 概念。

ROS 图是由一系列 ROS 2 元素组成的网络，它们协同处理数据。它涵盖了系统中所有的可执行文件及其之间的连接关系——前提是你能将它们全部映射并可视化出来。

2. ROS 2 中的节点

ROS 中的每个节点负责一个单一的、模块化的功能，例如控制轮子电机或发布激光测距仪的传感器数据。每个节点都可以通过话题（topic）、服务（service）、动作（action）或参数（parameter）与其他节点收发数据。

节点与 Topic 和 Service

一个完整的机器人系统由许多协同工作的节点组成。在 ROS 2 中，一个可执行文件（C++ 程序、Python 程序等）可以包含一个或多个节点。

前提条件

上一篇教程介绍了如何安装本教程所使用的 turtlesim 功能包。

和往常一样，每次打开新终端时都别忘了 source ROS 2。

任务

1. ros2 run

ros2 run 命令用于从某个功能包中启动一个可执行文件。

$ ros2 run <package_name> <executable_name>

要运行 turtlesim，请打开一个新终端，并输入以下命令：

$ ros2 run turtlesim turtlesim_node

turtlesim 窗口将会打开，和上一篇教程中看到的一样。

这里，功能包名是 turtlesim，可执行文件名是 turtlesim_node。

不过，我们还不知道节点的名称。你可以使用 ros2 node list 来查看节点名称。

2. ros2 node list

ros2 node list 会显示所有正在运行的节点名称。当你需要与某个节点交互，或者系统中运行着大量节点需要跟踪时，这个命令特别有用。

保持 turtlesim 在原终端中运行，打开一个新终端并输入以下命令。终端会返回节点名称：

$ ros2 node list
/turtlesim

再打开一个新终端，使用以下命令启动 teleop 节点：

$ ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

这里，我们再次使用了 turtlesim 功能包，但这次的目标是名为 turtle_teleop_key 的可执行文件。

回到之前运行 ros2 node list 的终端，再次运行该命令。现在你会看到两个活动节点的名称：

$ ros2 node list
/turtlesim
/teleop_turtle

2.1 重映射

重映射允许你将默认的节点属性（如节点名称、话题名称、服务名称等）重新指定为自定义值。在上一篇教程中，你对 turtle_teleop_key 使用了重映射来更改 cmd_vel 话题，并将目标设为 turtle2。

现在，我们来重新指定 /turtlesim 节点的名称。在一个新终端中，运行以下命令：

$ ros2 run turtlesim turtlesim_node --ros-args --remap __node:=my_turtle

由于你再次通过 ros2 run 启动了 turtlesim，会打开另一个 turtlesim 窗口。此时，如果你回到运行 ros2 node list 的终端再次执行该命令，将会看到三个节点名称：

    /my_turtle
    /turtlesim
    /teleop_turtle

3. ros2 node info

既然已经知道了节点的名称，你就可以通过以下命令查看它们的更多信息：

$ ros2 node info <node_name>

要查看最新的节点 my_turtle，请运行以下命令：

$ ros2 node info /my_turtle
/my_turtle
  Subscribers:
    /parameter_events: rcl_interfaces/msg/ParameterEvent
    /turtle1/cmd_vel: geometry_msgs/msg/Twist
  Publishers:
    /parameter_events: rcl_interfaces/msg/ParameterEvent
    /rosout: rcl_interfaces/msg/Log
    /turtle1/color_sensor: turtlesim_msgs/msg/Color
    /turtle1/pose: turtlesim_msgs/msg/Pose
  Service Servers:
    /clear: std_srvs/srv/Empty
    /kill: turtlesim_msgs/srv/Kill
    /my_turtle/describe_parameters: rcl_interfaces/srv/DescribeParameters
    /my_turtle/get_parameter_types: rcl_interfaces/srv/GetParameterTypes
    /my_turtle/get_parameters: rcl_interfaces/srv/GetParameters
    /my_turtle/list_parameters: rcl_interfaces/srv/ListParameters
    /my_turtle/set_parameters: rcl_interfaces/srv/SetParameters
    /my_turtle/set_parameters_atomically: rcl_interfaces/srv/SetParametersAtomically
    /reset: std_srvs/srv/Empty
    /spawn: turtlesim_msgs/srv/Spawn
    /turtle1/set_pen: turtlesim_msgs/srv/SetPen
    /turtle1/teleport_absolute: turtlesim_msgs/srv/TeleportAbsolute
    /turtle1/teleport_relative: turtlesim_msgs/srv/TeleportRelative
  Service Clients:

  Action Servers:
    /turtle1/rotate_absolute: turtlesim_msgs/action/RotateAbsolute
  Action Clients:

ros2 node info 返回订阅者（subscriber）、发布者（publisher）、服务（service）和动作（action）的列表，也就是该节点与 ROS 图中其他元素的连接关系。

现在尝试对 /teleop_turtle 节点运行相同的命令，看看它的连接与 my_turtle 有何不同。

在接下来的教程中，你将进一步了解 ROS 图中的连接概念（包括消息类型）。

总结

节点是 ROS 2 的基本组成单元，在机器人系统中负责单一的、模块化的功能。

在本教程中，你通过运行可执行文件 turtlesim_node 和 turtle_teleop_key，使用了 turtlesim 功能包中创建的节点。

你学习了如何使用 ros2 node list 来发现活动节点的名称，以及如何使用 ros2 node info 来查看单个节点的信息。这些工具对于理解复杂的真实机器人系统中的数据流至关重要。

下一步

既然你已经理解了 ROS 2 中的节点，接下来可以继续学习话题（topic）教程。话题是连接节点的通信类型之一。