ROS2-007-通信机制：参数服务

简介

参数（Parameters） 是 ROS2 中用于节点运行时动态配置的键值对（Key-Value）存储机制。参数并不需要中心化的仓库用于存储信息，其直接被归属于节点本身。参数允许通过服务接口在该节点运行期间读写其内部相关配置，而无需修改代码或重启该节点。与话题通信（Topics）和服务通信（Services）不同，参数的交互本质是 对节点内部状态的访问与控制，而非单纯的节点间数据流通。

具体而言：

• 参数直接存储在节点内部，每个节点维护独立的参数列表，通过命名空间（例如 /control_node/max_speed）进行隔离。
• 参数通过 ROS2 内置的参数服务接口（如 /get_parameters 和 /set_parameters 等）访问，其访问逻辑底层依赖于 ROS2 服务通信（Services）机制。
• 同一节点内的参数可被多个外部对象（如 CLI 工具、其他节点、RQT 界面等）同时访问，形成 单服务端（节点）对 多客户端 的交互模式。

参数（Parameters） 在节点中一般用于调整算法参数（如 PID 控制器的比例系数）、传感器阈值（如摄像头曝光时间）或操作模式（如调试模式开关）。当然，你可以通过脚本批量修改多个节点的参数（如同时设置所有激光雷达的扫描频率）以实现特殊操作。并且在实际应用中，将参数保存为 YAML 文件，可以在代码部署时通过调用该文件快速将节点内的配置恢复为 YAML 文件内的预设配置。

参数服务的命令行访问

在一个 ROS2 程序运行时，你可以在命令行窗口中使用指令对运行中节点内的 Parameters 进行查看、修改等。

    ros2 param <related command>

查看节点内拥有的 Parameters

在一个 ROS2 程序运行时，你可以使用 list 查看该程序内所有节点下的所有 Parameters。

    ros2 param list

在输出中，你可以看到以下结构（以 turtlesim package 运行时的相关输出为例子）：

    /teleop_turtle:
        qos_overrides./parameter_events.publisher.depth
        qos_overrides./parameter_events.publisher.durability
        qos_overrides./parameter_events.publisher.history
        qos_overrides./parameter_events.publisher.reliability
        scale_angular
        scale_linear
        use_sim_time
    /turtlesim:
        background_b
        background_g
        background_r
        qos_overrides./parameter_events.publisher.depth
        qos_overrides./parameter_events.publisher.durability
        qos_overrides./parameter_events.publisher.history
        qos_overrides./parameter_events.publisher.reliability
        use_sim_time

其中：

• /teleop_turtle 是节点名
• 节点名下的皆为其携带的 Parameters
• 在所有 Parameters 中，use_sim_time 为所有节点都拥有的一种 Parameters。

获取某一节点内某一 Parameters 的值

在一个 ROS2 程序运行时，你可以使用 get 获取运行程序中某一节点内某一 Parameters 的值.

    ros2 param get <node_name> <parameter_name>

例如，当你希望找到节点 node_a 中的 Parameters height 的值时：

    ros2 param get /node_a height

它会返回：

Integer value is: 186

这样你既可以知道其数据的值，也同时知道了其数据的类型。

在程序运行时修改某一节点内某一 Parameters 的值

在一个 ROS2 程序运行时，你可以使用 set 修改运行程序中某一节点内某一 Parameters 的值.

    ros2 param set <node_name> <parameter_name> <value>

例如，当你希望将节点 node_a 中的 Parameters height 的值修改为 168 时：

    ros2 param set /node_a height 168

当其修改成功，它会弹出以下信息：

Set parameter successful

在程序运行时输出某一节点内所有 Parameters 的值

在一个 ROS2 程序运行时，你可以使用 dump 输出某一节点内所有 Parameters 的值.

    ros2 param dump <node_name>

例如，当你希望输出节点 node_a 中所有 Parameters 的值时：

    ros2 param dump /node_a

它会在命令行窗口弹出包含以下声明的信息：

/node_a:
    ros__parameters:
        height: 168
        use_sim_time: false

这些信息是该节点现在在运行时所拥有的 Parameters 数据，如果之前有进行过修改，这里会相对应的体现。当然，如果你希望保存为其他文件进行浏览，那么你可以将其保存至 YAML 文件 内。

例如，当你希望将节点 node_a 中所有 Parameters 的值输出至 YAML 文件 时，你可以执行如下代码：

    ros2 param dump /node_a > node_a.yaml

该命令执行后，ROS2 会在你的命令行所运行的文件夹路径下生成一个名称为 node_a.yaml 的文件。里面包括了之前输出至命令行窗口的所有信息。

在程序运行时将文件内的 Parameters 加载入运行中的节点

如果你希望将之前所保存的 Parameters 文件加载入运行中的对应节点，你可以在该节点重新运行时使用 load 进行加载。

    ros2 param load <node_name> <parameter_file>

例如，当你希望将节点 node_a 中所有 Parameters 的值输出至 YAML 文件 时：

    ros2 param load /node_a node_a.yaml

你应该会得到拥有以下声明的回执：

    Set parameter height successful
    Set parameter use_sim_time successful

之后你可能会遇到出现以下回执的情况：

    Set parameter background_b successful
    Set parameter background_g successful
    Set parameter background_r successful
    Set parameter qos_overrides./parameter_events.publisher.depth failed: parameter 'qos_overrides./parameter_events.publisher.depth' cannot be set because it is read-only
    Set parameter qos_overrides./parameter_events.publisher.durability failed: parameter 'qos_overrides./parameter_events.publisher.durability' cannot be set because it is read-only
    Set parameter qos_overrides./parameter_events.publisher.history failed: parameter 'qos_overrides./parameter_events.publisher.history' cannot be set because it is read-only
    Set parameter qos_overrides./parameter_events.publisher.reliability failed: parameter 'qos_overrides./parameter_events.publisher.reliability' cannot be set because it is read-only
    Set parameter use_sim_time successful

因为在里面有一些 Parameters 是只读的参数，这些只读参数只能在节点启动时修改，不能在启动后修改，这就是为什么 “qos_overrides” 相关的参数会出现一些警告。

在程序运行开始时将文件内的 Parameters 加载入即将运行的节点

如果你希望在程序运行开始时加载文件内的 Parameters，你可以在运行 ros2 程序时同时使用 --ros-args 和 --params-file 两个指示变量，来告诉 ROS2 你希望使用这个文件作为运行节点内 Parameters 的值。

    ros2 run <package_name> <executable_name> --ros-args --params-file <file_name>

注

当你使用这个方法更新 Parameters 时，包括只读 Parameters 在内的所有相关 Parameters 都会得到更新。

参数服务的简单实现

当你使用自定义节点时，你可能会需要 Parameters。现在我们针对以下案例，通过使用 C++ 与 Python 进行分别实现，以更加深入了解参数服务。

案例需求&案例分析

需求：有两个节点，请编写参数服务，在参数服务端（节点A）中设置一些参数，使参数客户端（节点B）可以通过访问参数服务端（节点A）对这些参数实现查看与修改，并且参数服务端（节点A）自身可以对此进行增删改查。

分析：在上述需求中，我们需要关注以下三个要素：

1. 参数服务端；
2. 参数客户端；
3. 参数本身。

流程简介

案例实现前需要先了解ROS2中参数的相关API，无论是客户端还是服务端都会使用到参数，而参数服务案例实现主要步骤如下：

1. 编写参数服务端实现；
2. 编写参数客户端实现；
3. 编辑配置文件；
4. 编译；
5. 执行。

案例会采用 C++ 和 Python 分别实现，且二者都遵循上述实现流程。

准备工作

终端下创建工作空间：

mkdir -p ws01_plumbing/src
cd ws01_plumbing/src
colcon build

进入工作空间的src目录:

cd src/

调用如下两条命令分别创建C++功能包、Python功能包及其所需服务端节点:

C++:

ros2 pkg create cpp04_parameter --build-type ament_cmake --dependencies rclcpp --node-name demo01_parameter_server

Python:

 ros2 pkg create py04_parameter --build-type ament_python --dependencies rclpy --node-name demo01_parameter_server_py

准备工作到此完毕。

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接下来你便可以通过 C++ 和 Python 来分别实现参数服务了。

总结

在这一节中，我们系统的阐述了参数服务。通过依据参数服务的相关原理自行操作，实现了节点参数服务的创建与使用。这一章节为止，我们就已经简单介绍完了四种通信方式，望能够提供参考。