ROS多設備交互

ROS多設備連接同一個Master：ROS Master多設備連接-CSDN博客

在多個PC端連接同一個ROS Master后，接下來就可以實現不同設備之間的話題交流，Master主機端啟動不同PC端的功能包等功能了

盡管多個PC端擁有不同的ROS工作空間，但是只要他們都連接在同一個ROS Master下，它們就能互相通信(工作空間只是存放ROS代碼（功能包）的目錄（如 ~/catkin_ws），它不影響ROS節點如何連接Master)

一，跨設備文件啟動

要在 PC1（運行ROS Master的PC） 上啟動 PC2（另一個PC） 的 ROS 功能包，你需要確保：

  1. PC2 的功能包已經編譯（catkin_make 或 colcon build）。

  2. PC1 能夠訪問 PC2 的 ROS 功能包（通常通過 SSH 遠程執行命令）。

  3. PC2 的 ROS_MASTER_URI 指向 PC1 的 Master（確保節點注冊到正確的 Master）。

一般啟動方式有兩種，使用ssh啟動和roslaunch啟動

1， SSH遠程運行

最基本的就是在終端中連接到另一個PC端，然后執行終端命令

ssh <PC2_USER>@<PC2_IP> "source /opt/ros/noetic/setup.bash && source ~/catkin_ws/devel/setup.bash && rosrun <package_name> <node_name>"

例如

ssh user@192.168.1.101 "source /opt/ros/noetic/setup.bash && source ~/catkin_ws/devel/setup.bash && rosrun my_package my_node"

在文章(Python實現ssh自動連接-CSDN博客)中我們使用了Python代碼進行遠程ssh連接和命令執行，同樣的我們也可以在這里使用Python代碼執行

import paramikodef ssh_run_ros_node(host, username, password, package, node):"""通過SSH遠程執行ROS節點:param host: 遠程PC的IP地址:param username: 遠程PC的用戶名:param password: 遠程PC的密碼:param package: ROS包名:param node: 節點名"""# 創建SSH客戶端ssh = paramiko.SSHClient()ssh.set_missing_host_key_policy(paramiko.AutoAddPolicy())try:# 連接遠程主機ssh.connect(host, username=username, password=password)# 構造ROS運行命令command = f"source /opt/ros/noetic/setup.bash && source ~/catkin_ws/devel/setup.bash && rosrun {package} {node}"# 執行命令（非阻塞方式）stdin, stdout, stderr = ssh.exec_command(command, get_pty=True)print(f"已在 {host} 上啟動 {package}/{node}")# 返回SSH連接和通道，以便后續管理return ssh, stdin, stdout, stderrexcept Exception as e:print(f"SSH連接失敗: {str(e)}")ssh.close()return None, None, None, None

啟動bash文件，只需要將command替換一下即可。由于bash啟動腳本是非交互式Shell(在上一篇文章說過)，所以不會加載.bashrc配置文件，為了加載運行需要的環境，需要單獨調用各條命令

def run_bash_script(ssh_client, script_path, arguments=""):"""通過SSH遠程執行bash腳本:param ssh_client: 已建立的SSH連接:param script_path: 遠程機器上的腳本路徑（如 ~/catkin_ws/scripts/start_robot.sh）:param arguments: 傳遞給腳本的參數"""command = f"source /opt/ros/noetic/setup.bash && source ~/catkin_ws/devel/setup.bash && bash {script_path} {arguments}"stdin, stdout, stderr = ssh_client.exec_command(command)# 讀取輸出（可選）print(stdout.read().decode())print(stderr.read().decode())  # 如果有錯誤

如果腳本依賴 ROS 環境，需要先?source：

command = ("source /opt/ros/noetic/setup.bash && ""source ~/catkin_ws/devel/setup.bash && "f"bash {script_path} {arguments}"
)
ssh.exec_command(command)

啟動Python文件，也是將command替換一下即可

def run_python_script(ssh_client, script_path, arguments=""):"""通過SSH遠程執行Python腳本:param script_path: 遠程機器上的Python腳本路徑:param arguments: 傳遞給腳本的參數"""command = f"source ~/.bashrc && python3 {script_path} {arguments}"stdin, stdout, stderr = ssh_client.exec_command(command)print(stdout.read().decode())  # 輸出print(stderr.read().decode())  # 錯誤

2，roslaunch遠程啟動

使用roslaunch啟動方式可以一次性啟動多個節點。

使用launch文件啟動有兩種方式：第一種是先要使用ssh連接后再運行command命令執行，實際上相當于在被連接端使用roslaunch命令。第二種直接使用<machine>標簽實現多機協同，無需手動調用ssh(無需手動編寫 SSH 代碼，ROS 內部自動處理遠程連接)。

第一種

import paramikodef remote_roslaunch(host, username, password, package, launch_file, args=""):"""遠程執行roslaunch:param host: 遠程PC的IP:param username: 遠程PC的用戶名:param password: 遠程PC的密碼:param package: ROS包名:param launch_file: launch文件名（不含.launch后綴）:param args: 傳遞給launch文件的參數（如 "arg1:=value1 arg2:=value2"）"""ssh = paramiko.SSHClient()ssh.set_missing_host_key_policy(paramiko.AutoAddPolicy())try:ssh.connect(host, username=username, password=password)# 構造roslaunch命令command = (f"source /opt/ros/noetic/setup.bash && "f"source ~/catkin_ws/devel/setup.bash && "f"roslaunch {package} {launch_file}.launch {args}")# 執行命令（非阻塞）stdin, stdout, stderr = ssh.exec_command(command, get_pty=True)print(f"已在 {host} 上啟動 {package}/{launch_file}.launch")return ssh  # 返回SSH連接，用于后續管理except Exception as e:print(f"SSH執行失敗: {str(e)}")ssh.close()return None

如果希望?roslaunch?在 SSH 斷開后繼續運行，使用?nohup：?

command = ("nohup roslaunch {package} {launch_file}.launch {args} ""> /dev/null 2>&1 &"
)

第二種?

?<machine>?標簽：定義遠程計算機的配置（IP、用戶名、密碼、環境加載腳本等）。ROS 的?roslaunch?工具會自動通過 SSH 在指定機器上啟動節點。但第一次使用時需要手動ssh連接一次你要連接的主機，連接后主機會將其自動添加到~/.ssh/kown_hosts，之后再退出ssh后，<machine>即可正常工作

<launch><!-- 定義遠程機器 pc1 --><machine name="pc1"                   <!-- 邏輯名稱（用于node的machine屬性） -->address="192.168.1.101"      <!-- 遠程IP -->user="user"                  <!-- 用戶名 -->password="pass"              <!-- 密碼（可選，建議用密鑰替代） -->env-loader="/opt/ros/noetic/env.sh"  <!-- 環境加載腳本 -->/><!-- 定義遠程機器 pc2 --><machine name="pc2" address="192.168.1.102" user="user" password="pass" env-loader="/opt/ros/noetic/env.sh" /><!-- 在 pc1 上啟動 node1 --><node machine="pc1" name="node1" pkg="your_pkg" type="node1"/><!-- 在 pc2 上啟動 node2 --><node machine="pc2" name="node2" pkg="your_pkg" type="node2"/>
</launch>

env-loader:當啟動節點時，該腳本會在指定的機器上被執行，從而設置環境變量。這意味著在啟動節點前，此腳本里的環境變量設置會生效。其主要用途是為特定節點或者一組節點設定所需的環境變量，像 ROS 工作空間的路徑、依賴庫的路徑等。?其一般內容如下

#!/bin/bash
source /opt/ros/noetic/setup.bash
source /home/ubuntu20_04/gazebo_ws/devel/setup.bash
export ROS_MASTER_URI=http://<CAR_IP_ADDRESS>:11311  # 小車IP
export ROS_HOSTNAME=<PC_IP_ADDRESS>                  # PC端IP

?

復用機器定義：用于模塊化地定義和復用遠程機器配置，并啟動對應的節點。假設你有兩臺機器人（robot1?和?robot2），需要分別在它們上面啟動相同的節點組（如導航、感知等），通過將主launch文件中定義機器配置，并引用子launch文件(定義節點邏輯)，就可以實現同一個節點在不同機器上復用

<!-- 定義機器模板 -->
<group><!-- 定義一個名為robot1的遠程機器 --><machine name="robot1"                <!-- 邏輯名稱（用于后續引用） -->address="192.168.1.101"      <!-- 遠程機器的IP地址 -->user="user"                  <!-- SSH登錄用戶名 -->env-loader="~/env.sh"        <!-- 遠程機器的環境加載腳本 -->/><!-- 包含另一個launch文件，并傳遞參數 --><include file="$(find your_pkg)/launch/robot_nodes.launch"><arg name="machine" value="robot1"/>  <!-- 將machine名稱傳遞給子launch文件 --></include>
</group>

?子launch文件內容示例如下：

<launch><!-- 接收從主文件傳遞的machine名稱 --><arg name="machine"/><!-- 在指定的遠程機器上啟動節點 --><node machine="$(arg machine)" name="nav_node" pkg="your_pkg" type="nav.py"/><node machine="$(arg machine)" name="sensor_node" pkg="your_pkg" type="sensor.py"/>
</launch>

比如下面的多機器并行啟動，均使用同樣的節點?

<!-- main.launch -->
<launch><!-- 啟動robot1 --><group><machine name="robot1" address="192.168.1.101" .../><include file="robot_nodes.launch"><arg name="machine" value="robot1"/></include></group><!-- 同時啟動robot2 --><group><machine name="robot2" address="192.168.1.102" .../><include file="robot_nodes.launch"><arg name="machine" value="robot2"/></include></group>
</launch>

3，命名沖突問題

有時在不同的PC端可能需要啟動同一個功能包來分別完成對應的功能，這些功能包會發布同一個話題，但是所有設備都只有一個ROS Master，這時就會出現話題名沖突的問題和節點名沖突的問題，這時就要進行命名空間的隔離

通過為每臺PC的節點分配獨立命名空間，避免話題和節點沖突。如下所示

group結構加命名空間

<launch><!-- PC1節點放入 /PC1 命名空間 --><group ns="PC1"><node pkg="navigation_pkg" name="nav" type="nav_node" output="screen"></node></group>
</launch>
<launch><!-- PC2節點放入 /PC2 命名空間 --><group ns="PC2"><node pkg="sim_navigation_pkg" name="nav" type="nav_node" output="screen"></node></group>
</launch>

node加命名空間?

<launch><!-- 定義 PC2 --><machine name="pc2" address="192.168.1.102" user="user" password="pass"  env-loader="/opt/ros/noetic/env.sh"  <!-- PC2 的環境腳本 -->/><!-- 定義 PC3 --><machine name="pc3" address="192.168.1.103" user="user" env-loader="/opt/ros/noetic/env.sh" /><!-- 在 PC2 上運行 PC1 的節點 --><node machine="pc2" name="nav_node" pkg="navigation_pkg" type="nav_node" ns="pc2"/><!-- 在 PC3 上運行同一節點（通過命名空間隔離） --><node machine="pc3" name="nav_node" pkg="navigation_pkg" type="nav_node" ns="pc3"/>
</launch>

這樣輸出話題時就會加一個前綴，如下所示

/pc2/cmd_vel
/pc3/cmd_vel
/pc2/odom
/pc3/odom

?如果無法修改命名空間，也可以重映射話題名稱，但是話題如果很多的話這種方式就比較麻煩

<!-- PC1的Launch文件 -->
<node pkg="navigation_pkg" name="nav" type="nav_node"><remap from="cmd_vel" to="PC1_cmd_vel"/>  <!-- PC1的控制話題 -->
</node><!-- PC2的Launch文件 -->
<node pkg="sim_navigation_pkg" name="nav" type="nav_node"><remap from="cmd_vel" to="PC2_cmd_vel"/>   <!-- PC2的控制話題 -->
</node>

二，跨設備通信

我們將各PC端連接到同一個ROS Master下之后，它們的話題服務等就都是一樣的了，設備之間就可以同步發布話題，訂閱話題等進行數據之間的交換，與一個PC端各節點之間訂閱話題是一樣的

以話題為例(服務一樣)

PC1發布話題/cmd_vel

# PC1的節點
pub = rospy.Publisher('/cmd_vel', Twist, queue_size=10)

PC2訂閱同一話題

# PC2的節點
rospy.Subscriber('/cmd_vel', Twist, callback)

?三，工作空間同步

通過?rsync?將 PC1 的工作空間完整拷貝到 PC2。注意PC2 需安裝與 PC1?相同版本的 ROS 和系統依賴（如?Ubuntu 20.04 + ROS Noetic）。

# 在 PC1 上執行（同步到 PC2）
rsync -avz ~/catkin_ws/ user@192.168.1.101:~/catkin_ws/

rsync?會將 PC1 的?~/catkin_ws/?目錄（包括源代碼、編譯生成的節點和消息）同步到 PC2 的相同路徑下。PC2 的工作空間內容與 PC1?完全一致（包括編譯后的可執行文件）。PC2 可以直接運行?功能包中的節點，無需重新編譯。

# 在 PC1 上執行（將工作空間同步到 PC2）
rsync -avz --delete ~/catkin_ws/ user@192.168.1.101:~/catkin_ws/

  • 參數說明：

    • -a：歸檔模式（保留權限、符號鏈接等）。

    • -v：顯示同步詳情。

    • -z：壓縮傳輸數據。

    • --delete：刪除 PC2 上多余的文件（保持嚴格一致）。

如果 PC1 修改了代碼，需重新運行?rsync?同步到 PC2，可以搭配?inotifywait?工具實現自動同步。

?除此之外，也可以僅同步必要的功能包，如下：

rsync -avz ~/catkin_ws/src/navigation_pkg/ user@192.168.1.101:~/catkin_ws/src/navigation_pkg/
# 在 PC2 上單獨編譯該包：
cd ~/catkin_ws/ && catkin_make --pkg navigation_pkg

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