0. 概述
在ROS1中，Nodelets和Nodes是两种不同的实现方法。Nodelets允许在同一进程中运行多个节点，从而减少了跨进程通信的开销，提高了性能。而在ROS2中，推荐使用组件（Components）来实现类似的功能，组件通过统一的API实现了更好的模块化与可扩展性。之前我们在ROS到ROS2的多节点组合运行（https://www.guyuehome.com/detail?id=1825485699164241921）对这两个内容进行了整理归纳。这里我们更进一步系统性的介绍Nodelets 与 组件的比较。并用最简单的实例来阐述这两个是如何使用的。
1. ROS1 Nodelets
Nodelets是ROS1中的一种特殊机制，允许在同一进程中运行多个节点，以减少跨进程通信的开销。这种设计使得Nodelets能够共享内存，从而提高性能，特别是在需要频繁通信的情况下，如图像处理和传感器数据处理。Nodelet通过Nodelet Manager进行管理，后者负责加载、卸载和管理Nodelet的生命周期。
1.1 Nodelet 概述
Nodelet的主要优势包括：
高效的通信：由于所有Nodelet都运行在同一个进程内，因此它们之间的通信开销显著降低。
共享内存：Nodelet可以直接访问彼此的内存空间，支持更快速的数据交换。
动态加载：Nodelet可以在运行时动态加载和卸载，增强系统的灵活性。
1.2 创建 Nodelet
1.2.1 定义 Nodelet 类
下面是一个简单的Nodelet示例，它每秒发布一条消息到特定的主题。
namespace my_namespace {class MyNodelet : public nodelet::Nodelet {public:virtual void onInit() override {ros::NodeHandle& nh = getNodeHandle(); // 获取NodeHandlepub_ = nh.advertise<std_msgs::String>("topic_name", 1); // 创建发布者timer_ = nh.createTimer(ros::Duration(1.0), &MyNodelet::timerCallback, this); // 创建定时器}private:void timerCallback(const ros::TimerEvent&) {std_msgs::String msg;msg.data = "Hello from Nodelet!"; // 发布的消息内容pub_.publish(msg); // 发布消息}ros::Publisher pub_; // 发布者对象ros::Timer timer_; // 定时器对象};} // namespace my_namespacePLUGINLIB_EXPORT_CLASS(my_namespace::MyNodelet, nodelet::Nodelet) // 注册Nodelet
1.2.2 CMakeLists.txt 配置
在CMakeLists.txt中配置Nodelet的构建设置：
cmake_minimum_required(VERSION 3.0.2)project(my_nodelet)find_package(catkin REQUIRED COMPONENTSnodeletroscppstd_msgs)include_directories(${catkin_INCLUDE_DIRS})add_library(my_nodelet src/my_nodelet.cpp) // 添加Nodelet库target_link_libraries(my_nodelet ${catkin_LIBRARIES}) // 链接依赖库add_dependencies(my_nodelet ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS} ${catkin_EXPORTED_TARGETS}) // 依赖配置install(TARGETS my_nodeletLIBRARY DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_LIB_DESTINATION} // 安装库)
1.2.3 package.xml 配置
在package.xml文件中声明Nodelet的依赖关系：
<package format="2"><name>my_nodelet</name><version>0.0.0</version><description>The my_nodelet package</description><buildtool_depend>catkin</buildtool_depend><depend>nodelet</depend><depend>roscpp</depend><depend>std_msgs</depend><export></export></package>
1.2.4 启动 Nodelet
在launch文件中启动Nodelet及其管理器：
<launch><node pkg="nodelet" type="nodelet" name="my_nodelet_manager" args="manager" /> <!-- 启动Nodelet管理器 --><node pkg="nodelet" type="nodelet" name="my_nodelet" args="load my_namespace/MyNodelet my_nodelet_manager" /> <!-- 加载Nodelet --></launch>
1.3 调用 Nodelet
使用以下命令启动Nodelet：
roslaunch my_nodelet my_nodelet.launchROS 2 rclcpp_components
2.1 组件概述
在ROS 2中，rclcpp_components提供了一种高效的机制，类似于ROS 1中的Nodelet，允许开发者将节点以组件的形式组织。这种方式支持动态加载和卸载组件，从而实现高效的资源利用和模块化设计。组件可以在同一进程内运行，从而减少开销并提高通信效率。
2.2 创建组件
2.2.1 定义组件类
组件类通常继承自rclcpp::Node，并在构造函数中初始化所需的资源。
class MyComponentNode : public rclcpp::Node {public:// 构造函数，接受NodeOptions作为参数MyComponentNode(const rclcpp::NodeOptions & options): Node("my_component_node", options) {// 创建发布者，发布在"topic_name"主题上publisher_ = this->create_publisher<std_msgs::msg::String>("topic_name", 10);// 创建定时器，每秒调用一次timer_callbacktimer_ = this->create_wall_timer(std::chrono::seconds(1),[this]() { this->timer_callback(); });}private:// 定时器回调函数，用于发布消息void timer_callback() {auto message = std::make_shared<std_msgs::msg::String>();message->data = "Hello from Component!";publisher_->publish(*message); // 发布消息}// 成员变量：发布者和定时器的智能指针rclcpp::Publisher<std_msgs::msg::String>::SharedPtr publisher_;rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_;};// 使用宏注册组件，使其可被动态加载RCLCPP_COMPONENTS_REGISTER_NODE(MyComponentNode)
2.2.2 CMakeLists.txt 配置
为了正确编译和链接组件，需要在CMakeLists.txt文件中进行适当配置。
cmake_minimum_required(VERSION 3.5)project(my_component)find_package(ament_cmake REQUIRED)find_package(rclcpp REQUIRED)find_package(rclcpp_components REQUIRED)find_package(std_msgs REQUIRED)# 添加共享库add_library(my_component SHAREDsrc/my_component.cpp)# 设置依赖ament_target_dependencies(my_component"rclcpp""rclcpp_components""std_msgs")# 注册组件rclcpp_components_register_node(my_componentPLUGIN "MyComponentNode"EXECUTABLE my_component_node)# 安装目标install(TARGETS my_componentEXPORT export_my_componentLIBRARY DESTINATION lib)
2.2.3 package.xml 配置
在package.xml中声明依赖关系。
<package format="2"><name>my_component</name><version>0.0.0</version><description>The my_component package</description><buildtool_depend>ament_cmake</buildtool_depend><depend>rclcpp</depend><depend>rclcpp_components</depend><depend>std_msgs</depend><export></export></package>
2.2.4 创建 Launch 文件
Launch文件用于启动组件并配置其参数。
from launch import LaunchDescriptionfrom launch_ros.actions import ComposableNodeContainer, ComposableNodedef generate_launch_description():container = ComposableNodeContainer(name='my_container',namespace='',package='rclcpp_components',executable='component_container',composable_node_descriptions=[ComposableNode(package='my_component',plugin='MyComponentNode',name='my_component',parameters=[{'param_name': 'param_value'}])],output='both',)return LaunchDescription([container])
2.3 调用组件
在终端中运行以下命令启动组件：
ros2 launch my_component my_component_launch.py2.4 动态加载和卸载组件
ros2 component命令允许在运行时动态加载和卸载组件。
2.4.1 加载组件
ros2 component load /ComponentManager my_component MyComponentNode2.4.2 卸载组件
ros2 component unload /ComponentManager <component_name>在ROS（Robot Operating System）中，插件是一种可扩展的机制，允许开发者以动态的方式加载和使用软件组件。ROS1和ROS2都支持插件，但它们的实现方式有所不同。下面将分别介绍ROS1和ROS2插件的操作及示例代码。
好的！下面是一个更为详细的ROS1和ROS2插件实例，包括CMakeLists.txt文件的配置，确保代码完整且可运行。
3. ROS1 插件示例
3.1 创建插件接口
首先，定义一个插件接口 MyPluginInterface，这个接口包含一个虚函数 printMessage，用于输出消息。
// my_plugin_interface.h// 定义插件接口class MyPluginInterface{public:virtual ~MyPluginInterface() {} // 虚析构函数virtual void printMessage(const std::string &message) = 0; // 纯虚函数};
3.2 实现插件
接下来，实现该接口的插件，命名为 MyPlugin，并实现 printMessage 函数。
// my_plugin.cppclass MyPlugin : public MyPluginInterface{public:// 实现 printMessage 函数void printMessage(const std::string &message) override{std::cout << "Plugin message: " << message << std::endl; // 打印消息}};// 使用 pluginlib 注册插件PLUGINLIB_EXPORT_CLASS(MyPlugin, MyPluginInterface)
3.3 主程序
在主程序中加载和使用插件。
// main.cppint main(int argc, char **argv){ros::init(argc, argv, "plugin_example"); // 初始化 ROS 节点ros::NodeHandle nh;// 创建插件加载器pluginlib::ClassLoader<MyPluginInterface> loader("my_plugin_package", "MyPluginInterface");try{// 创建插件实例boost::shared_ptr<MyPluginInterface> plugin_instance = loader.createInstance("MyPlugin");plugin_instance->printMessage("Hello from the plugin!"); // 调用插件方法}catch (const pluginlib::PluginlibException &ex){ROS_ERROR("Pluginlib exception: %s", ex.what()); // 捕捉异常并输出错误}ros::spin(); // 保持节点运行return 0;}
3.4 CMakeLists.txt
构建项目的 CMake 配置文件。
cmake_minimum_required(VERSION 3.0.2)project(my_plugin_package)find_package(catkin REQUIRED COMPONENTSroscpppluginlib)include_directories(${catkin_INCLUDE_DIRS} // 包含目录)add_library(my_plugin src/my_plugin.cpp) // 添加插件库add_dependencies(my_plugin ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS} ${catkin_EXPORTED_TARGETS})install(TARGETS my_pluginEXPORT my_plugin_packageLIBRARY DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_LIB_DESTINATION} // 安装库)install(FILES my_plugin_interface.hDESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_INCLUDE_DESTINATION} // 安装头文件)// 安装资源文件（如有）install(DIRECTORY resource/DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_SHARE_DESTINATION}/resource)// 导出插件描述文件pluginlib_export_plugin_description_file(my_plugin_package my_plugin_plugins.xml)
3.5 插件描述文件
创建插件描述文件 my_plugin_plugins.xml，用于指定插件信息。
<?xml version="1.0"?><library path="my_plugin"><class name="MyPlugin" type="MyPlugin" base_class_type="MyPluginInterface"><description>A simple plugin that prints messages.</description></class></library>
4. ROS2 插件示例
4.1 创建插件接口
创建插件接口 MyPluginInterface，类似于 ROS1。
// my_plugin_interface.hppclass MyPluginInterface{public:virtual ~MyPluginInterface() {} // 虚析构函数virtual void printMessage(const std::string &message) = 0; // 纯虚函数};
4.2 实现插件
实现 MyPlugin 插件。
// my_plugin.cppclass MyPlugin : public MyPluginInterface{public:// 实现 printMessage 函数void printMessage(const std::string &message) override{std::cout << "Plugin message: " << message << std::endl; // 打印消息}};// 使用 pluginlib 注册插件PLUGINLIB_EXPORT_CLASS(MyPlugin, MyPluginInterface)
4.3 主程序
在主程序中加载和使用插件。
// main.cppint main(int argc, char **argv){rclcpp::init(argc, argv); // 初始化 ROS2// 创建插件加载器pluginlib::ClassLoader<MyPluginInterface> loader("my_plugin_package", "MyPluginInterface");try{// 创建插件实例auto plugin_instance = loader.createSharedInstance("MyPlugin");plugin_instance->printMessage("Hello from the plugin!"); // 调用插件方法}catch (const pluginlib::PluginlibException &ex){RCLCPP_ERROR(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Pluginlib exception: %s", ex.what()); // 捕捉异常并输出错误}rclcpp::shutdown(); // 关闭 ROS2return 0;}
4.4 CMakeLists.txt
构建项目的 CMake 配置文件。
cmake_minimum_required(VERSION 3.5)project(my_plugin_package)find_package(ament_cmake REQUIRED) // 查找 ament_cmake 包find_package(rclcpp REQUIRED) // 查找 rclcpp 包find_package(pluginlib REQUIRED) // 查找 pluginlib 包include_directories(include)add_library(my_plugin SHAREDsrc/my_plugin.cpp // 添加插件库)ament_target_dependencies(my_pluginrclcpppluginlib)// 导出插件描述文件pluginlib_export_plugin_description_file(my_plugin_package my_plugin_plugins.xml)install(TARGETS my_pluginDESTINATION lib/${PROJECT_NAME} // 安装库)install(DIRECTORY include/DESTINATION include // 安装头文件)ament_package() // 完成包的构建
4.5 插件描述文件
创建插件描述文件 my_plugin_plugins.xml，用于指定插件信息。
<?xml version="1.0"?><library path="my_plugin"><class name="MyPlugin" type="MyPlugin" base_class_type="MyPluginInterface"><description>A simple plugin that prints messages.</description></class></library>
5. 参考链接
https://www.guyuehome.com/detail?id=1825485699164241921
https://blog.51cto.com/u_14568336/10659762
https://www.cnblogs.com/_bob/p/18165425
https://wenku.csdn.net/answer/50567c95c5cb49059f471019c24b612b
https://blog.csdn.net/weixin_41680653/article/details/114638257
招募要求
完成符合要求的机器人相关视频制作
总时长需达到 3小时以上
视频内容需为精品课程，确保高质量和专业性
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