Webots 仿真重置处理器

目标： 在机器人仿真中扩展重置处理器，以便在按下 Webots 重置按钮时重启节点。

教程级别： 进阶

预计时间： 10 分钟

背景

在本教程中，你将学习如何在使用 Webots 的机器人仿真中实现重置处理器。

Webots 的重置按钮会将世界恢复到初始状态并重启控制器。

这个功能很方便，可以快速重置仿真。但在 ROS 2 的上下文中，机器人控制器不会自动重新启动，导致仿真停止。

重置处理器允许你在 Webots 中按下重置按钮时重启特定节点或执行额外操作。

这在需要重置仿真状态或重启特定组件、而又不想完全重启整个 ROS 系统的场景中非常实用。

前提条件

在继续本教程之前，请确保你已完成以下内容：

了解初级教程中涵盖的 ROS 2 节点和话题。
了解 Webots 和 ROS 2 及其接口包。
熟悉 Webots 机器人仿真设置（基础）。

简单情况下的重置处理器（仅控制器）

在你的包的 launch 文件中，添加 respawn 参数。

def generate_launch_description():
    robot_driver = WebotsController(
        robot_name='my_robot',
        parameters=[
            {'robot_description': robot_description_path}
        ],

        # 每次重置仿真时，控制器会自动重新启动
        respawn=True
    )

    # 启动 Webots
    webots = WebotsLauncher(world=PathJoinSubstitution([package_dir, 'worlds', world]))

    return LaunchDescription([
        webots,
        robot_driver
    ])

重置时，Webots 会终止所有驱动节点。

因此，要在重置后重新启动它们，需要将驱动节点的 respawn 属性设置为 True。

这样可以确保驱动节点在重置后正常运行。

多节点的重置处理器（无需关闭）

如果还有其他节点需要与驱动节点一起启动（例如 ros2_control 节点），可以使用 OnProcessExit 事件处理器：

def get_ros2_control_spawners(*args):
    # 在此处声明所有必须在仿真重置时重启的节点
    ros_control_node = Node(
        package='controller_manager',
        executable='spawner',
        arguments=['diffdrive_controller']
    )
    return [
        ros_control_node
    ]

def generate_launch_description():
    robot_driver = WebotsController(
        robot_name='my_robot',
        parameters=[
            {'robot_description': robot_description_path}
        ],

        # 每次重置仿真时，控制器会自动重新启动
        respawn=True
    )

    # 启动 Webots
    webots = WebotsLauncher(world=PathJoinSubstitution([package_dir, 'worlds', world]))

    # 声明重置处理器，在 robot_driver 退出时重启节点
    reset_handler = launch.actions.RegisterEventHandler(
        event_handler=launch.event_handlers.OnProcessExit(
            target_action=robot_driver,
            on_exit=get_ros2_control_spawners,
        )
    )

    return LaunchDescription([
        webots,
        robot_driver,
        reset_handler
    ] + get_ros2_control_spawners())

不能在 ros2_control 节点上使用 respawn 属性，因为 spawner 在启动期间就会退出，而不是在仿真重置时退出。

正确的做法是将节点列表放在一个函数中（例如 get_ros2_control_spawners）。

执行 launch 文件时，该列表中的节点会与其他节点一起启动。

通过 reset_handler，这个函数还被注册为在 robot_driver 节点退出时要执行的操作，而该退出的时刻正对应于在 Webots 界面中重置仿真。

robot_driver 节点仍需将 respawn 属性设置为 True，以便它与 ros2_control 节点一起重启。

需要节点关闭的重置处理器

使用当前的 ROS 2 launch API，对于需要在重启前关闭节点的 launch 文件（例如包含 Nav2 或 RViz 的场景），无法自动完成重置。

原因是 ROS 2 目前不支持从 launch 文件中关闭特定节点。

有一种变通方案，但需要在按下重置按钮后手动重启节点。

Webots 需要在单独的 launch 文件中启动，不包含其他节点。

def generate_launch_description():
    # 启动 Webots
    webots = WebotsLauncher(world=PathJoinSubstitution([package_dir, 'worlds', world]))

    return LaunchDescription([
        webots
    ])

第二个 launch 文件需要从另一个进程启动。

它包含所有其他节点，包括机器人控制器/插件、Navigation2 节点、RViz、状态发布器等。

def generate_launch_description():
    robot_driver = WebotsController(
        robot_name='my_robot',
        parameters=[
            {'robot_description': robot_description_path}
        ]
    )

    ros_control_node = Node(
        package='controller_manager',
        executable='spawner',
        arguments=['diffdrive_controller']
    )

    nav2_node = IncludeLaunchDescription(
        PythonLaunchDescriptionSource(os.path.join(
            get_package_share_directory('nav2_bringup'), 'launch', 'bringup_launch.py')),
        launch_arguments=[
            ('map', nav2_map),
            ('params_file', nav2_params),
        ],
    )

    rviz = Node(
        package='rviz2',
        executable='rviz2',
        output='screen'
    )

    # 声明处理器，在 robot_driver 退出时关闭所有节点
    shutdown_handler = launch.actions.RegisterEventHandler(
        event_handler=launch.event_handlers.OnProcessExit(
            target_action=robot_driver,
            on_exit=[launch.actions.EmitEvent(event=launch.events.Shutdown())],
        )
    )

    return LaunchDescription([
        robot_driver,
        ros_control_node,
        nav2_node,
        rviz,
        shutdown_handler
    ])

第二个 launch 文件中包含一个处理器，在驱动节点退出时（即仿真重置时）触发关闭事件。

按下重置按钮后，需要从命令行手动重启第二个 launch 文件。

总结

在本教程中，你学习了如何在使用 Webots 的机器人仿真中实现重置处理器。

它允许你在 Webots 中按下重置按钮时重启特定节点或执行额外操作。

你根据仿真的复杂程度和节点需求，探索了不同的实现方法。