In questo tutorial verrà mostrata un’implementazione di un nodo subscriber in grado di leggere messaggi di diverso tipo e provenienti da molteplici topic, gestiti attraverso una singola funzione di callback.
Nel caso non si volesse installare ROS Noetic sul proprio sistema e fare il set up dell’ambiente di sviluppo, è possibile utilizzare i Rosject offerti da The Construct per poter testare i contenuti del tutorial o per seguirlo passo passo.
Per fare ciò sarà sufficiente seguire il link indicato nelle risorse e cliccare su “Run”. In questo modo si avrà accesso a una copia del
Rosject utilizzato all’interno del tutorial.
Aprire terminal e IDE
Per aprire un nuovo terminale e avere accesso all’IDE forniti dal Rosject, sarà possibile utilizzare la console in basso a destra.
Prerequisiti
Per poter seguire il tutorial passo passo sarò necessario avere il nodo publisher, che pubblica su diversi topic, attivo e creare un package dove poter inserire il codice per il subscriber.
Per iniziare eseguiamo il nodo publisher. Sarà sufficiente aprire il terminale dalla console (vedi Risorse) e inserire i seguenti comandi nelle rispettive schede del terminale:
Terminale 1: roscore Terminale 2: cd catkin_ws
rosrun publisher publisher.py
Quindi è possibile verificare il corretto funzionamento del nodo aprendo una seconda finestra al’interno del terminale e osservando l’output del comando rostopic list.
L’output previsto è il seguente:
Terminale 3: rostopic list
/chatter0
/chatter1
/chatter2
/rosout
/rosout_agg
Procediamo quindi a creare il package per il subscriber:
Terminale 3: cd src
catkin_create_pkg multiple_subscriber rospy std_msgs
mkdir multiple_subscriber/script
Situazione di partenza
Al momento abbiamo eseguito il nodo publisher che pubblica su 3 topic messaggi di vario tipo. In particolare:
/chatter0 pubblica messaggi di tipo String
/chatter1 pubblica messaggi di tipo Float64
/chatter2 pubblica messaggi di tipo Bool
Vediamo quindi come possiamo gestire tutti e tre i topic, creando un subscriber in grado di leggere i messaggi dai chatter e di gestirli con una singola funzione di callback, differenziando il risultato di quest’ultima sfruttando l’uso di parametri.
Creazione del file multiple_sub.py
Proseguiamo creando il file necessario a definire il nostro subscriber e tutte le sue funzioni.
Terminale 3: touch multiple_sub/script/multiple_subscriber.py # Crea il file
chmod +x multiple_sub/script/multiple_subscriber.py # Garantisce i permessi di esecuzione
cd ..
catkin_make
Implementazione del subscriber
Partiamo quindi dallo specificare un interprete per il nostro codice in Python, dall’importare i moduli necessari (rospy e in questo caso std_msgs/String, std_msgs/Float64, std_msgs/Bool) e dallo scrivere un main che inizializzi il nodo e invochi rospy.spin() per poter eseguire le callback del nostro subscriber.
main
multiple_subscriber.py import rospy
from std_msgs.msg import String, Float64, Bool
if __name__=="__main__":
rospy.init_node("multiple_subscriber")
topics = {"chatter0": [String, "Argomento passato da chatter0"], "chatter1": [Float64, "Argomento passato da chatter1"], "chatter2": [Bool, "Argomento passato da chatter2"]}
multiple_subscribe()
rospy.spin()
All’interno della funzione abbiamo definito anche topics, un dizionario contenente le specifiche dei topic che vogliamo andare a leggere, seguendo la seguente struttura: {"nome_topic": [Tipo, Argomento]}
Per ogni chiave topic abbiamo quindi definito una lista contente il tipo del messaggio inviato dal topic e un argomento (in questo caso una stringa che esplicita di essere l’argomento passato per lo specifico topic) .
multiple_subscribe
La funzionemultiple_subscribe() sarà definita perché il nodo possa seguire i 3 topic e perché i messaggi pubblicati possano innescare la callback.
Il nodo segue quindi ciascuno dei topic definiti nel dizionario, aspettandosi messaggi del relativo tipo, invocando una funzione callback e passando il relativo argomento tramite il parametro callback_args.
callback
Vediamo una semplice implementazione della callback per poter gestire i tre topic.
multiple_subscriber.py def callback(data, args):
rospy.loginfo(f"Ricevuto: {data.data}")
print(args)
print('\n')
In questo caso andiamo a stampare come info di ROS il contenuto del messaggio arrivato alla callback e stampiamo l’argomento passato corrispondente. Entrambi dipenderanno da quale topic ha innescato la callback e perciò a questo livello il messaggio può essere gestito a seconda del parametro ad esso associato, potendo implementare in qualche modo un’esecuzione “su misura” della funzione di callback.
Test del subscriber
Siamo pronti per poter eseguire il nostro subscriber!
Ciò che ci aspettiamo è che vengano stampati allo stesso tempo il messaggio e l’argomento relativi alla callback innescata dall’arrivo di un messaggio dal singolo topic. L’output dovrebbe quindi essere di questo tipo:
[INFO] [***.***]: Ricevuto: Questo pubblica una stringa
Argomento passato da chatter0
[INFO] [***.***]: Ricevuto: 0.42
Argomento passato da chatter1
[INFO] [***.***]: Ricevuto: True
Argomento passato da chatter2
Possiamo osservare come gli output si alternano ogni secondo a rotazione, ma questo è dovuto alla singola implementazione del publisher (che è possibile trovare all’interno del Rosject, vedi Risorse).
In ogni caso per ogni topic viene ricevuto, gestito e stampato un messaggio specifico relativo ad esso, e l’elaborazione del relativo parametro, con diverso risultatononostante l’utilizzo della medesima funzione di callback.
ROS2 parameters are great for configurable nodes that you can adapt to your robot configuration simply by changing a configuration file or a launch file. However, if we just implemented the basics you will have to re-run your node each time you change a parameter. You can’t change the parameter on-the-fly and have it updated in the robot. But by adding a callback function that updates the variables in our code, it is possible to do a live parameter update while a program is running, removing the need for a tedious node restart. Learn how to do it in this post.
ROS Inside!
ROS Inside
Before anything else, if you want to use the logo above on your own robot or computer, feel free to download it and attach it to your robot. It is really free. Find it in the link below:
In order to follow this tutorial, we need to have ROS2 installed in our system, and ideally a ros2_ws (ROS2 Workspace). To make your life easier, we have already prepared a rosject with a simulation for that: https://app.theconstructsim.com/l/53e75e28/.
You can download the rosject on your own computer if you want to work locally, but just by copying the rosject (clicking the link), you will have a setup already prepared for you.
After the rosject has been successfully copied to your own area, you should see a Run button. Just click that button to launch the rosject (below you have a rosject example).
Learn how to enable live parameter updates (C++) – Run rosject (example of the RUN button)
After pressing the Run button, you should have the rosject loaded. Now, let’s head to the next section to get some real practice.
Starting the simulation
After having opened the rosject, let’s start a simulation. For that, let’s open a terminal by clicking the Open a new terminal button.
Open a new Terminal
Once inside the terminal, let’s run the commands below:
If everything went well, you should have a simulation loaded and opened automatically in a few seconds. The simulation will open from a top view, but you can use the mouse to move the simulation to a different perspective.
How to enable live parameter updates (C++)
Understanding the problem
Below is an example node in which we have only implemented the barebone basics of parameters in ROS2.
Let’s see it in action and see how it behaves, especially when we update its parameter values.
In a second terminal, let’s run the node for Obstacle Avoidance.
source ~/ros2_ws/install/setup.bash
ros2 run rule_based_obstacle_avoidance obstacle_avoidance
If you watch the simulation for a while, you will see that when the robot detects the wall, it rotates and moves forward until it detects another wall, and repeats the process.
The node name is obstacle_avoidance_node (you can check it in a third terminal by running: ros2 node list)
Now, let’s list the parameters of the node in a third terminal:
Now, still in the third terminal, let’s check the value of the safety_distance parameter:
ros2 param get /obstacle_avoidance_node safety_distance
The output we should have got should be the following:
Double value is: 1.5
Now, let’s set the parameter to a new value:
ros2 param set /obstacle_avoidance_node safety_distance 1.0
The expected output is:
Set parameter successful
Ok, so far so good. But with the new value, we expect the robot to get closer to the wall before turning around because now the safe distance was set from 1.5 meters to 1.0. The problem is that the robot is not considering the new value that we just set.
We can follow the same idea to try to make the robot move faster. Let’s check the current velocity of the robot:
ros2 param get /obstacle_avoidance_node linear_x_velocity
The output we should have got should be the following:
Double value is: 0.2
If we increase the speed:
ros2 param set /obstacle_avoidance_node linear_x_velocity 0.5
The expected output is:
Set parameter successful
The parameter was reported as successfully set, yet the robot does not move faster, because it still uses the value loaded when the node started.
In the current code, parameter values are fixed. As such, every time a parameter value changes, the parameter value in the code stays the same even though you may have expected it to update based on the latest value set.
In order to solve this, we must add a parameter callback function to your code so that the variable in the code gets the freshest data.
Before moving to the next section, please kill the simulation and all nodes running by pressing Ctrl+C on all terminals.
Solution: Add a parameter callback method
Alright, have you closed all programs by pressing CTRL+C on all terminals?
If you check around line 45 on that file, you will find the “private:” section, where we define the private variables of our class, something like the following:
Now, above that “private:” section, around line 38, let’s add the following code to instantiate a ParameterEventHandler, providing the current ROS node to use to create the required subscriptions:
Below the param_subscriber_ we have to set a callback method, in this case, a lambda function:
// Set a callback for this node's parameter, "linear_x_velocity"
auto callback_linear_x = [this](const rclcpp::Parameter &p) {
RCLCPP_INFO(this->get_logger(),
"callback_linear_x: Received an update to parameter \"%s\" "
"of type %s: \"%f\"",
p.get_name().c_str(), p.get_type_name().c_str(),
p.as_double());
linear_x_velocity_ = p.as_double();
};
Then we set “callback_linear_x” as the callback to invoke whenever linear_x_velocity is updated. We store the handle that is returned by “add_parameter_callback“; otherwise, the callback will not be properly registered.
Now that our package has been rebuilt and sourced, let’s launch the simulation again:
ros2 launch neo_simulation2 simulation.launch.py
The simulation should have been opened just like before, but now we will see the parameters affecting the simulation in “real-time”.
Before changing the parameters, let’s also launch the Obstacle Avoidance node, just like before, using the second terminal:
ros2 run rule_based_obstacle_avoidance obstacle_avoidance
You should see the robot approaching the wall, and turning around when getting close to it.
Changing the x velocity using ROS 2 Parameters
Ok, now that the robot is moving, let’s retrieve again the current value of the linear x velocity using the third terminal:
ros2 param get /obstacle_avoidance_node linear_x_velocity
Just like before, the expected output is:
Double value is: 0.2
Now let’s change that value:
ros2 param set /obstacle_avoidance_node linear_x_velocity 1.0
We expect a successful output:
Set parameter successful
If you look at the simulation now, you should see that when the robot is moving forward (not turning around), it moves really faster. So, as we can see, we are now able to make ROS2 Parameters be reflected “instantly”.
This opens up really many different possibilities.
We hope this post was really helpful to you. If you want a live version of this post with more details, please check the video in the next section.
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