ROS动态参数 - dynamic reconfigure 动态配置参数

一、普通参数和动态参数的对比

什么是动态参数？

一种可以在运行时更新参数而无需重启节点的参数！

接下来我们与普通的参数进行对比：

1. 修改时机和灵活性

对于静态参数：

        仅能在节点启动时通过launch文件或命令行设置，一旦节点运行，参数值无法动态修改，必须重启节点才能生效！例如，传感器的物理参数（如摄像头焦距）通常作为静态参数配置；

对于静态参数：

允许在节点运行过程中实时调整，无需重启；

        例如机器人标定：比如当前我们需要标定机器人的线速度或者角速度（线速度和角速度都是和轮胎的半径、轮间距相关的），此时可能每一辆机器人的轮子之间的参数都会有一点误差，不是那么绝对相等的，所以有时候为了获取更准确的里程计数据(与车辆的速度有关)，所以我们会经常的调试轮胎的半径和轮间距，此时就可以通过动态参数进行调整！

        导航期间调整动态参数：例如当我们设置全局代价地图的参数的配置的时候：

        膨胀半径的值可能不符合我们设置的要求，如果我们将这个值设置到参数服务器当中，那么此时更改值需要重新启动节点，比较麻烦！

如果我们想要更改动态参数，可以通过rqt进行更改：

rqt

 

此时可以通过动态配置，选择glbal_costmap来对代价值进行设置，例如下面所示，可以看到全局地图的代价值发生改变：

2. 实现机制与通信方式

对于静态参数：

        基于 ROS 参数服务器（Parameter Server），参数存储在全局空间，通过rosparam命令或ros::param接口访问。修改参数需调用rosparam set命令，但节点不会自动感知变化，需主动查询

对于动态参数：

通过dynamic_reconfigure库实现，采用 C/S 架构：

• 服务端：节点需集成动态参数服务器，定义参数类型、范围和回调函数；
• 客户端：通过服务调用（如/node_name/set_parameters）或可视化工具发送参数修改请求，服务端通过回调函数更新参数并触发逻辑调整；

3. 生命周期与作用域

对于静态参数：
        全局参数，生命周期与roscore绑定，节点关闭后参数仍存在，需手动删除或随roscore终止而销毁；
对于动态参数
        本地参数，生命周期与节点绑定，节点关闭后参数自动销毁。这种设计增强了节点的封装性和独立性；

接下来我们实现一个简单的动态参数的案例，方便大家更好的理解；

二、动态参数案例实现

1. 编写客户端

编写.cfg文件

cfg文件其实也就是一个python文件，用于生成参数修改的客户端(GUI)，示例代码如下所示：

#! /usr/bin/env python
# 1.导包
from dynamic_reconfigure.parameter_generator_catkin import *
PACKAGE = "dynamic_recofig"
# 2.创建生成器
gen = ParameterGenerator()# 3.向生成器添加若干参数
#add(name, paramtype, level, description, default=None, min=None, max=None, edit_method="")
gen.add("int_param",int_t,0,"整型参数",50,0,100)
gen.add("double_param",double_t,0,"浮点参数",1.57,0,3.14)
gen.add("string_param",str_t,0,"字符串参数","hello world ")
gen.add("bool_param",bool_t,0,"bool参数",True)many_enum = gen.enum([gen.const("small",int_t,0,"a small size"),gen.const("mediun",int_t,1,"a medium size"),gen.const("big",int_t,2,"a big size")],"a car size set")gen.add("list_param",int_t,0,"列表参数",0,0,2, edit_method=many_enum)# 4.生成中间文件并退出
exit(gen.generate(PACKAGE,"dr_node","mycar"))

上面的代码逻辑大部分包括四步：导包、创建参数生成器、向参数生成器添加参数、配置节点并退出；

这里我们讲解一下向生成器中添加参数这个add函数：

add(name, paramtype, level, description, default=None, min=None, max=None, edit_method="")

• name：这里为我们自定义的参数名；
• paramtype: 也就是参数类型，这里封装的都是_t的，例如int_t;
• level: 掩码，一般用于在回调函数中，标记参数是否被修改过，一般直接传入0即可；
• description: 对这个参数进行描述；
• default：给这个参数设置的默认值；
• min和max：分别为参数的极值；
• edit_method：用于设置特殊的参数；

这里我们需要注意一下上面list类型的设置：

many_enum = gen.enum([gen.const("small",int_t,0,"a small size"),gen.const("mediun",int_t,1,"a medium size"),gen.const("big",int_t,2,"a big size")],"a car size set")gen.add("list_param",int_t,0,"列表参数",0,0,2, edit_method=many_enum)

首先，这里列表的类型取决于列表中的数据的类型，这里我们设置的列表的类型是int_t；

然后定义了一个方法，用来设置列表，其中，列举了三种枚举类型，最后在对这个方法进行描述；

配置节点函数：

generate(pkgname, nodename, name)

• pkgname: 对应我们的功能包名；
• nodename：对应节点名；
• name： name必须和配置文件的第一部分相符！

比如配置文件为Tutorials.cfg，那么name就为Tutorials!

接下来我们再对其加上可执行权限； 

chmod +x *.cfg

然后修改下CMakeLists.txt的内容：

generate_dynamic_reconfigure_options(cfg/mycar.cfg
)

此时我们就可以编译所写的代码！

此时会生成调用所需要的头文件！

2. 编写服务端

接下来我们以C++为例，编写服务端的代码：

#include "ros/ros.h"
#include "dynamic_reconfigure/server.h"
#include "dynamic_recofig/drConfig.h"void cb(dynamic_recofig::drConfig& config, uint32_t level){ROS_INFO("动态参数解析数据:%d,%.2f,%d,%s,%d",config.int_param,config.double_param,config.bool_param,config.string_param.c_str(),config.list_param);
}int main(int argc, char *argv[])
{setlocale(LC_ALL,"");// 2.初始化 ros 节点ros::init(argc,argv,"dr");// 3.创建服务器对象dynamic_reconfigure::Server<dynamic_recofig::drConfig> server;// 4.创建回调对象(使用回调函数，打印修改后的参数)dynamic_reconfigure::Server<dynamic_recofig::drConfig>::CallbackType cbType;cbType = boost::bind(&cb,_1,_2);// 5.服务器对象调用回调对象server.setCallback(cbType);// 6.spin()ros::spin();return 0;
}

        这里我们看一下代码的整体逻辑：主要是通过创建服务器对象（服务器对象的参数类型是我们通过client设置的），然后调用回调函数来解析设置的参数；

需要注意的是：

dynamic_reconfigure::Server<dynamic_recofig::drConfig>::CallbackType cbType;

上面我们创建了CakkbackType类型的回调函数，这个回调函数必须满足下面的类型：

void callback(ConfigType& config, uint32_t level);

• ConfigType：动态参数配置的类型（例如drConfig）；
• level：参数变化的掩码，标识哪些参数被修改；

问题：但是这里我们创建的回调函数已经满足上面的参数要求了，那么是否还需要使用bind？

理论上这里我们直接传入函数指针即可：

server.setCallback(&cb);  // 看似可行，但实际不成立！

但是实际上是不可以的！因为ROS的Server::setCallback接口设计并非接受原始函数指针，而是需要一个函数对象（boost::function）！

  typedef boost::function<void(ConfigType &, uint32_t level)> CallbackType;void setCallback(const CallbackType &callback){boost::recursive_mutex::scoped_lock lock(mutex_);callback_ = callback;callCallback(config_, ~0); // At startup we need to load the configuration with all level bits set. (Everything has changed.)updateConfigInternal(config_);}

可以看到这里的CallbackType的类型是boost::function类型！

// 创建回调对象，绑定用户函数和参数占位符
dynamic_reconfigure::Server<dynamic_recofig::drConfig>::CallbackType cbType;
cbType = boost::bind(&cb, _1, _2);  // 将cb与参数占位符绑定// 设置回调
server.setCallback(cbType);

•  boost::bind(&cb, _1, _2) 生成一个函数对象，接受两个参数（config和level），并传递给cb；
• _1 对应 config，_2 对应 level；

这里我们可以再复习一下占位符和bind的作用：

占位符（Placeholders）用于在绑定函数时保留参数的位置，允许在调用生成的函数对象时动态传递这些参数：

#include <functional>
#include <iostream>
using namespace std::placeholders; // 引入占位符 _1, _2...void func(int a, double b, const std::string& c) {std::cout << a << ", " << b << ", " << c << std::endl;
}int main() {// 绑定 func，固定第一个参数为 42，保留后两个参数的位置auto bound_func = std::bind(func, 42, _1, _2);// 调用时只需传递后两个参数bound_func(3.14, "Hello"); // 输出：42, 3.14, Hello
}

配置CMakeLists.txt文件：

add_executable(dr01_server src/dr01_server.cpp)
add_dependencies(dr01_server ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS} ${catkin_EXPORTED_TARGETS})
target_link_libraries(dr01_server${catkin_LIBRARIES}
)

接下来我们编译程序，再进行运行：

可以看到，当我们在客户端对数值进行更改时，服务器可以解析到并进行更新；

至此，我们就完成了一个简单的动态参数设置的案例