ROS多设备交互_ros系统如何交互-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Yf18005429102/article/details/147012130

ROS多设备连接同一个Master：ROS Master多设备连接-优快云博客

在多个PC端连接同一个ROS Master后，接下来就可以实现不同设备之间的话题交流，Master主机端启动不同PC端的功能包等功能了

尽管多个PC端拥有不同的ROS工作空间，但是只要他们都连接在同一个ROS Master下，它们就能互相通信(工作空间只是存放ROS代码（功能包）的目录（如 ~/catkin_ws），它不影响ROS节点如何连接Master)

一，跨设备文件启动

要在 PC1（运行ROS Master的PC） 上启动 PC2（另一个PC） 的 ROS 功能包，你需要确保：

PC2 的功能包已经编译（catkin_make 或 colcon build）。
PC1 能够访问 PC2 的 ROS 功能包（通常通过 SSH 远程执行命令）。
PC2 的 ROS_MASTER_URI 指向 PC1 的 Master（确保节点注册到正确的 Master）。

一般启动方式有两种，使用ssh启动和roslaunch启动

1， SSH远程运行

最基本的就是在终端中连接到另一个PC端，然后执行终端命令

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实现ssh自动连接-优快云博客)中我们使用了Python代码进行远程ssh连接和命令执行，同样的我们也可以在这里使用Python代码执行

import paramiko

def ssh_run_ros_node(host, username, password, package, node):
    """
    通过SSH远程执行ROS节点
    :param host: 远程PC的IP地址
    :param username: 远程PC的用户名
    :param password: 远程PC的密码
    :param package: ROS包名
    :param node: 节点名
    """
    # 创建SSH客户端
    ssh = paramiko.SSHClient()
    ssh.set_missing_host_key_policy(paramiko.AutoAddPolicy())
    
    try:
        # 连接远程主机
        ssh.connect(host, username=username, password=password)
        
        # 构造ROS运行命令
        command = f"source /opt/ros/noetic/setup.bash && source ~/catkin_ws/devel/setup.bash && rosrun {package} {node}"
        
        # 执行命令（非阻塞方式）
        stdin, stdout, stderr = ssh.exec_command(command, get_pty=True)
        
        print(f"已在 {host} 上启动 {package}/{node}")
        
        # 返回SSH连接和通道，以便后续管理
        return ssh, stdin, stdout, stderr
        
    except Exception as e:
        print(f"SSH连接失败: {str(e)}")
        ssh.close()
        return None, None, None, None

启动bash文件，只需要将command替换一下即可。由于bash启动脚本是非交互式Shell(在上一篇文章说过)，所以不会加载.bashrc配置文件，为了加载运行需要的环境，需要单独调用各条命令

def run_bash_script(ssh_client, script_path, arguments=""):
    """
    通过SSH远程执行bash脚本
    :param ssh_client: 已建立的SSH连接
    :param script_path: 远程机器上的脚本路径（如 ~/catkin_ws/scripts/start_robot.sh）
    :param arguments: 传递给脚本的参数
    """
    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)
    
    # 读取输出（可选）
    print(stdout.read().decode())
    print(stderr.read().decode())  # 如果有错误

如果脚本依赖 ROS 环境，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)

启动Python文件，也是将command替换一下即可

def run_python_script(ssh_client, script_path, arguments=""):
    """
    通过SSH远程执行Python脚本
    :param script_path: 远程机器上的Python脚本路径
    :param arguments: 传递给脚本的参数
    """
    command = f"source ~/.bashrc && python3 {script_path} {arguments}"
    stdin, stdout, stderr = ssh_client.exec_command(command)
    
    print(stdout.read().decode())  # 输出
    print(stderr.read().decode())  # 错误

2，roslaunch远程启动

使用roslaunch启动方式可以一次性启动多个节点。

使用launch文件启动有两种方式：第一种是先要使用ssh连接后再运行command命令执行，实际上相当于在被连接端使用roslaunch命令。第二种直接使用<machine>标签实现多机协同，无需手动调用ssh(无需手动编写 SSH 代码，ROS 内部自动处理远程连接)。

第一种

import paramiko

def remote_roslaunch(host, username, password, package, launch_file, args=""):
    """
    远程执行roslaunch
    :param host: 远程PC的IP
    :param username: 远程PC的用户名
    :param password: 远程PC的密码
    :param package: ROS包名
    :param launch_file: launch文件名（不含.launch后缀）
    :param args: 传递给launch文件的参数（如 "arg1:=value1 arg2:=value2"）
    """
    ssh = paramiko.SSHClient()
    ssh.set_missing_host_key_policy(paramiko.AutoAddPolicy())
    
    try:
        ssh.connect(host, username=username, password=password)
        
        # 构造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}"
        )
        
        # 执行命令（非阻塞）
        stdin, stdout, stderr = ssh.exec_command(command, get_pty=True)
        
        print(f"已在 {host} 上启动 {package}/{launch_file}.launch")
        return ssh  # 返回SSH连接，用于后续管理
        
    except Exception as e:
        print(f"SSH执行失败: {str(e)}")
        ssh.close()
        return None

如果希望 roslaunch 在 SSH 断开后继续运行，使用 nohup：

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

第二种

<machine> 标签：定义远程计算机的配置（IP、用户名、密码、环境加载脚本等）。ROS 的 roslaunch 工具会自动通过 SSH 在指定机器上启动节点。但第一次使用时需要手动ssh连接一次你要连接的主机，连接后主机会将其自动添加到~/.ssh/kown_hosts，之后再退出ssh后，<machine>即可正常工作

<launch>
  <!-- 定义远程机器 pc1 -->
  <machine 
    name="pc1"                   <!-- 逻辑名称（用于node的machine属性） -->
    address="192.168.1.101"      <!-- 远程IP -->
    user="user"                  <!-- 用户名 -->
    password="pass"              <!-- 密码（可选，建议用密钥替代） -->
    env-loader="/opt/ros/noetic/env.sh"  <!-- 环境加载脚本 -->
  />
  
  <!-- 定义远程机器 pc2 -->
  <machine 
    name="pc2" 
    address="192.168.1.102" 
    user="user" 
    password="pass" 
    env-loader="/opt/ros/noetic/env.sh" 
  />
  
  <!-- 在 pc1 上启动 node1 -->
  <node machine="pc1" name="node1" pkg="your_pkg" type="node1"/>
  
  <!-- 在 pc2 上启动 node2 -->
  <node machine="pc2" name="node2" pkg="your_pkg" type="node2"/>
</launch>

env-loader:当启动节点时，该脚本会在指定的机器上被执行，从而设置环境变量。这意味着在启动节点前，此脚本里的环境变量设置会生效。其主要用途是为特定节点或者一组节点设定所需的环境变量，像 ROS 工作空间的路径、依赖库的路径等。其一般内容如下

#!/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  # 小车IP
export ROS_HOSTNAME=<PC_IP_ADDRESS>                  # PC端IP

复用机器定义：用于模块化地定义和复用远程机器配置，并启动对应的节点。假设你有两台机器人（robot1 和 robot2），需要分别在它们上面启动相同的节点组（如导航、感知等），通过将主launch文件中定义机器配置，并引用子launch文件(定义节点逻辑)，就可以实现同一个节点在不同机器上复用

<!-- 定义机器模板 -->
<group>
  <!-- 定义一个名为robot1的远程机器 -->
  <machine 
    name="robot1"                <!-- 逻辑名称（用于后续引用） -->
    address="192.168.1.101"      <!-- 远程机器的IP地址 -->
    user="user"                  <!-- SSH登录用户名 -->
    env-loader="~/env.sh"        <!-- 远程机器的环境加载脚本 -->
  />
  
  <!-- 包含另一个launch文件，并传递参数 -->
  <include file="$(find your_pkg)/launch/robot_nodes.launch">
    <arg name="machine" value="robot1"/>  <!-- 将machine名称传递给子launch文件 -->
  </include>
</group>

子launch文件内容示例如下：

<launch>
  <!-- 接收从主文件传递的machine名称 -->
  <arg name="machine"/>
  
  <!-- 在指定的远程机器上启动节点 -->
  <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>

比如下面的多机器并行启动，均使用同样的节点

<!-- main.launch -->
<launch>
  <!-- 启动robot1 -->
  <group>
    <machine name="robot1" address="192.168.1.101" .../>
    <include file="robot_nodes.launch">
      <arg name="machine" value="robot1"/>
    </include>
  </group>
  
  <!-- 同时启动robot2 -->
  <group>
    <machine name="robot2" address="192.168.1.102" .../>
    <include file="robot_nodes.launch">
      <arg name="machine" value="robot2"/>
    </include>
  </group>
</launch>

3，命名冲突问题

有时在不同的PC端可能需要启动同一个功能包来分别完成对应的功能，这些功能包会发布同一个话题，但是所有设备都只有一个ROS Master，这时就会出现话题名冲突的问题和节点名冲突的问题，这时就要进行命名空间的隔离

通过为每台PC的节点分配独立命名空间，避免话题和节点冲突。如下所示

group结构加命名空间

<launch>
  <!-- PC1节点放入 /PC1 命名空间 -->
  <group ns="PC1">
    <node pkg="navigation_pkg" name="nav" type="nav_node" output="screen">
    </node>
  </group>
</launch>

<launch>
  <!-- PC2节点放入 /PC2 命名空间 -->
  <group ns="PC2">
    <node pkg="sim_navigation_pkg" name="nav" type="nav_node" output="screen">
    </node>
  </group>
</launch>

node加命名空间

<launch>
  <!-- 定义 PC2 -->
  <machine 
    name="pc2" 
    address="192.168.1.102" 
    user="user" 
    password="pass"  
    env-loader="/opt/ros/noetic/env.sh"  <!-- PC2 的环境脚本 -->
  />
  
  <!-- 定义 PC3 -->
  <machine 
    name="pc3" 
    address="192.168.1.103" 
    user="user" 
    env-loader="/opt/ros/noetic/env.sh" 
  />
  
  <!-- 在 PC2 上运行 PC1 的节点 -->
  <node machine="pc2" name="nav_node" pkg="navigation_pkg" type="nav_node" ns="pc2"/>
  
  <!-- 在 PC3 上运行同一节点（通过命名空间隔离） -->
  <node machine="pc3" name="nav_node" pkg="navigation_pkg" type="nav_node" ns="pc3"/>
</launch>

这样输出话题时就会加一个前缀，如下所示

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

如果无法修改命名空间，也可以重映射话题名称，但是话题如果很多的话这种方式就比较麻烦

<!-- PC1的Launch文件 -->
<node pkg="navigation_pkg" name="nav" type="nav_node">
  <remap from="cmd_vel" to="PC1_cmd_vel"/>  <!-- PC1的控制话题 -->
</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的控制话题 -->
</node>

二，跨设备通信

我们将各PC端连接到同一个ROS Master下之后，它们的话题服务等就都是一样的了，设备之间就可以同步发布话题，订阅话题等进行数据之间的交换，与一个PC端各节点之间订阅话题是一样的

以话题为例(服务一样)

PC1发布话题/cmd_vel

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

PC2订阅同一话题

# PC2的节点
rospy.Subscriber('/cmd_vel', Twist, callback)

三，工作空间同步

通过 rsync 将 PC1 的工作空间完整拷贝到 PC2。注意PC2 需安装与 PC1 相同版本的 ROS 和系统依赖（如 Ubuntu 20.04 + ROS Noetic）。

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

rsync 会将 PC1 的 ~/catkin_ws/ 目录（包括源代码、编译生成的节点和消息）同步到 PC2 的相同路径下。PC2 的工作空间内容与 PC1 完全一致（包括编译后的可执行文件）。PC2 可以直接运行 功能包中的节点，无需重新编译。

# 在 PC1 上执行（将工作空间同步到 PC2）
rsync -avz --delete ~/catkin_ws/ user@192.168.1.101:~/catkin_ws/

参数说明：
- -a：归档模式（保留权限、符号链接等）。
- -v：显示同步详情。
- -z：压缩传输数据。
- --delete：删除 PC2 上多余的文件（保持严格一致）。

如果 PC1 修改了代码，需重新运行 rsync 同步到 PC2，可以搭配 inotifywait 工具实现自动同步。

除此之外，也可以仅同步必要的功能包，如下：

rsync -avz ~/catkin_ws/src/navigation_pkg/ user@192.168.1.101:~/catkin_ws/src/navigation_pkg/
# 在 PC2 上单独编译该包：
cd ~/catkin_ws/ && catkin_make --pkg navigation_pkg