详细介绍ROS的插件机制

详细介绍ROS的插件机制

ROS（Robot Operating System）是一种为机器人研究和开发提供框架的软件。ROS的设计使得它可以方便地编写和运行用于控制复杂和强大机器人系统的软件。尽管ROS被称为一个”操作系统”，但它更像是一种为机器人提供服务的中间件或者库，这些服务包括硬件抽象、底层设备控制、常用功能的实现，以及消息传递等。

ROS插件（plugin）机制是一种实现模块化、可插拔化的方式，它允许在不修改现有代码的情况下，扩展现有的功能或添加新的功能。这个机制主要基于C++的插件机制，允许用户在运行时选择和加载不同的插件。

ROS的插件机制主要通过pluginlib库来实现。pluginlib是一个ROS的工具，用来创建和管理插件，它是ROS插件机制的核心。通过使用pluginlib，用户可以在运行时加载和卸载插件，并可以在不修改现有代码的情况下添加新的功能。

插件的创建和使用主要分为以下几个步骤：

  1. 定义插件接口：首先，需要定义一个插件的接口，这个接口定义了插件需要实现的功能。

  2. 实现插件：然后，需要实现这个插件，这个插件需要继承自定义的接口，并实现接口中的功能。

  3. 注册插件：注册插件是通过一个XML文件完成的，这个XML文件描述了插件的类型、插件实现的类的名字，以及插件所在的库等信息。

  4. 加载和使用插件：最后，可以使用pluginlib库来加载和使用插件。加载插件是通过插件的类型和名字来完成的，加载完成后，就可以调用插件实现的功能了。

总的来说，ROS的插件机制使得ROS的功能可以方便地扩展和修改，它大大提高了ROS的灵活性和可用性，使得ROS能更好地适应不同的机器人系统和应用。

我们先澄清一下，这里的“插件”在ROS的语境中，是指一种特定的设计模式，即我们可以在运行时动态地加载和卸载功能模块，而无需对现有的代码做任何修改。在ROS中，这种插件通常被实现为C++的类。

以下是一个具体的例子来详细说明如何在ROS中创建和使用插件：

  1. 定义插件接口：插件接口是一个C++的抽象类，这个类定义了所有插件必须实现的方法。例如，假设我们有一个机器人，我们希望定义一个插件接口，使得任何实现这个接口的插件都可以控制机器人的行动。这个接口可能如下：
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    class RobotController
    {
    public:
      virtual void moveRobot(double velocity, double direction) = 0;
    };

  2. 实现插件：接下来，我们需要创建一个插件来实现这个接口。例如，我们可能会创建一个SimpleRobotController的插件，这个插件使得机器人按照一个固定的速度和方向移动：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
class SimpleRobotController : public RobotController
{
public:
  void moveRobot(double velocity, double direction)
  {
    // 实现移动机器人的代码
  }
};

  1. 注册插件：然后，我们需要在一个XML文件中注册这个插件。这个XML文件需要包含插件的类型、实现插件的类的名字，以及插件所在的库的名字。例如，这个XML文件可能如下：
1
2
3
4
5
6
<library path="libsimple_robot_controller">
  <class name="SimpleRobotController" type="SimpleRobotController" base_class_type="RobotController">
    <description>This is a simple robot controller.</description>
  </class>
</library>

  1. 加载和使用插件：最后，我们可以使用pluginlib库来加载和使用插件。例如，我们可以创建一个RobotController的对象，然后使用pluginlib来加载SimpleRobotController插件，并通过这个对象来调用插件的方法：
1
2
3
4
pluginlib::ClassLoader<RobotController> pl("my_robot_package", "RobotController");
boost::shared_ptr<RobotController> controller = pl.createInstance("SimpleRobotController");
controller->moveRobot(1.0, 0.0);

下面是一个CMakeLists.txt的示例：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)
project(my_plugin)

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
  roscpp
  pluginlib
)

catkin_package(
  INCLUDE_DIRS include
  LIBRARIES my_plugin
)

include_directories(
  include
  ${catkin_INCLUDE_DIRS}
)

add_library(my_plugin
  src/my_plugin.cpp
)

target_link_libraries(my_plugin
  ${catkin_LIBRARIES}
)

install(TARGETS my_plugin
  LIBRARY DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_LIB_DESTINATION}
)


在这个示例中，我们首先声明了对roscpp和pluginlib的依赖。然后，我们定义了my_plugin库，并将其链接到ROS和所需的依赖项。

接下来，让我们来看一个对应的package.xml示例：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
<?xml version="1.0"?>
<package format="2">
  <name>my_plugin</name>
  <version>0.0.1</version>
  <description>A plugin example</description>

  <maintainer email="user@todo.todo">user</maintainer>
  <license>TODO</license>

  <buildtool_depend>catkin</buildtool_depend>
  <build_depend>roscpp</build_depend>
  <build_depend>pluginlib</build_depend>

  <export>
    <pluginlib plugin="${prefix}/my_plugin.xml"/>
  </export>
</package>


在这个示例中，我们指定了对roscpp和pluginlib的构建依赖项。

注意，在部分，我们指定了插件的描述文件my_plugin.xml。这个文件将用于描述插件的类型和名称等信息。插件的描述文件通常与package.xml和CMakeLists.txt文件位于同一个目录下。

最后，在CMakeLists.txt中，确保将插件的描述文件和库文件安装到正确的位置，以便其他包可以找到并使用插件。

这样，你就可以在ROS中创建和使用插件了。你可以根据你的具体需求和插件实现的功能来扩展和修改这些示例。

slam > ROS
#原创
详细介绍ROS的插件机制
https://qiangsun89.github.io/2023/05/16/详细介绍ROS的插件机制/
作者
Qiang Sun
发布于
2023年5月16日
许可协议