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ROS1从入门到精通 6: 参数服务器与动态参数(配置管理最佳实践)

2026-01-29 02:52:08 栏目:最新资讯 4 阅读

【ROS1从入门到精通】第6篇:参数服务器与动态参数(配置管理最佳实践)

🎯 本文目标:深入理解ROS参数服务器机制,掌握参数的设置、获取和管理方法,学会使用动态参数进行运行时配置,能够设计和实现灵活的配置管理系统。

📑 目录

  1. 参数服务器概述
  2. 参数基本操作
  3. 参数文件管理
  4. 动态参数配置
  5. 参数命名空间
  6. Launch文件参数配置
  7. 参数服务器进阶
  8. 配置管理最佳实践
  9. 实战案例:智能配置管理系统
  10. 总结与展望

1. 参数服务器概述

1.1 什么是参数服务器?

参数服务器(Parameter Server)是ROS Master提供的共享字典服务,用于存储和管理节点间共享的配置参数。它采用键值对(key-value)的方式存储数据,支持多种数据类型。

ROS Master
set/get
set/get
set/get
参数服务器
参数1: robot_name
参数2: max_speed
参数3: sensor_config
参数4: control_gains
节点1
节点2
节点3

1.2 参数服务器特点

特性说明
全局共享所有节点都可以访问
持久存储参数在Master运行期间持续存在
多种类型支持整数、浮点、字符串、列表、字典等
层次结构支持命名空间和嵌套结构
动态更新可以在运行时修改参数
默认值支持获取参数时可指定默认值

1.3 参数类型

ROS参数服务器支持以下数据类型:

# 基本类型
int_param = 42                    # 整数
float_param = 3.14                # 浮点数
string_param = "hello"            # 字符串
bool_param = True                 # 布尔值

# 复合类型
list_param = [1, 2, 3]           # 列表
dict_param = {'a': 1, 'b': 2}    # 字典

# 嵌套结构
nested_param = {
    'sensor': {
        'camera': {'resolution': [640, 480], 'fps': 30},
        'lidar': {'range': 30.0, 'angle': 360}
    }
}

2. 参数基本操作

2.1 C++参数操作

// parameter_operations.cpp
#include 
#include 
#include 
#include 

class ParameterManager {
public:
    ParameterManager() : nh_("~") {
        // 获取参数的各种方式
        demonstrateParameterOperations();
    }

    void demonstrateParameterOperations() {
        // 1. 基本参数获取
        getBasicParameters();

        // 2. 带默认值的参数获取
        getParametersWithDefaults();

        // 3. 必须参数获取
        getRequiredParameters();

        // 4. 设置参数
        setParameters();

        // 5. 删除参数
        deleteParameters();

        // 6. 参数存在性检查
        checkParameterExistence();

        // 7. 获取所有参数
        getAllParameters();

        // 8. 参数搜索
        searchParameters();

        // 9. 复杂数据结构
        handleComplexParameters();
    }

private:
    void getBasicParameters() {
        ROS_INFO("=== Basic Parameter Operations ===");

        // 获取不同类型的参数
        int int_param;
        double double_param;
        std::string string_param;
        bool bool_param;

        // 从全局参数服务器获取
        ros::param::get("/global_int", int_param);
        ros::param::get("/global_double", double_param);
        ros::param::get("/global_string", string_param);
        ros::param::get("/global_bool", bool_param);

        // 从私有命名空间获取
        nh_.getParam("private_int", int_param);
        nh_.getParam("private_double", double_param);
        nh_.getParam("private_string", string_param);
        nh_.getParam("private_bool", bool_param);

        ROS_INFO("Int: %d, Double: %.2f, String: %s, Bool: %s",
                 int_param, double_param, string_param.c_str(),
                 bool_param ? "true" : "false");
    }

    void getParametersWithDefaults() {
        ROS_INFO("=== Parameters with Defaults ===");

        // 方法1: param函数(推荐)
        int max_retries;
        double timeout;
        std::string robot_name;

        nh_.param("max_retries", max_retries, 3);
        nh_.param("timeout", timeout, 5.0);
        nh_.param<std::string>("robot_name", robot_name, "default_robot");

        // 方法2: getParam with fallback
        if (!nh_.getParam("optional_param", max_retries)) {
            max_retries = 10;  // 默认值
        }

        // 方法3: ros::param::param
        ros::param::param<double>("/global_timeout", timeout, 10.0);

        ROS_INFO("Max retries: %d, Timeout: %.1f, Robot: %s",
                 max_retries, timeout, robot_name.c_str());
    }

    void getRequiredParameters() {
        ROS_INFO("=== Required Parameters ===");

        // 必须参数(如果不存在则报错)
        std::string config_file;
        if (!nh_.getParam("config_file", config_file)) {
            ROS_FATAL("Required parameter 'config_file' not found!");
            ros::shutdown();
            return;
        }

        // 使用断言检查
        double critical_threshold;
        ROS_ASSERT(nh_.getParam("critical_threshold", critical_threshold));

        ROS_INFO("Config file: %s, Threshold: %.2f",
                 config_file.c_str(), critical_threshold);
    }

    void setParameters() {
        ROS_INFO("=== Setting Parameters ===");

        // 设置不同类型的参数
        nh_.setParam("my_int", 42);
        nh_.setParam("my_double", 3.14);
        nh_.setParam("my_string", "hello");
        nh_.setParam("my_bool", true);

        // 设置全局参数
        ros::param::set("/global_param", "global_value");

        // 设置嵌套参数
        nh_.setParam("robot/speed", 1.0);
        nh_.setParam("robot/name", "robot_01");

        // 设置向量参数
        std::vector<double> gains = {1.0, 0.1, 0.01};
        nh_.setParam("pid_gains", gains);

        // 设置映射参数
        std::map<std::string, double> sensors;
        sensors["temperature"] = 25.5;
        sensors["pressure"] = 101.3;
        // 注意:C++ API不直接支持map,需要逐个设置
        nh_.setParam("sensors/temperature", sensors["temperature"]);
        nh_.setParam("sensors/pressure", sensors["pressure"]);

        ROS_INFO("Parameters set successfully");
    }

    void deleteParameters() {
        ROS_INFO("=== Deleting Parameters ===");

        // 删除参数
        if (ros::param::has("/temp_param")) {
            ros::param::del("/temp_param");
            ROS_INFO("Deleted /temp_param");
        }

        // 删除命名空间下的所有参数
        if (nh_.hasParam("temp_namespace")) {
            nh_.deleteParam("temp_namespace");
            ROS_INFO("Deleted temp_namespace");
        }
    }

    void checkParameterExistence() {
        ROS_INFO("=== Checking Parameter Existence ===");

        // 检查参数是否存在
        if (ros::param::has("/some_param")) {
            ROS_INFO("Parameter /some_param exists");
        } else {
            ROS_INFO("Parameter /some_param does not exist");
        }

        // 使用NodeHandle检查
        if (nh_.hasParam("local_param")) {
            ROS_INFO("Local parameter exists");
        }
    }

    void getAllParameters() {
        ROS_INFO("=== Getting All Parameters ===");

        // 获取所有参数名称
        std::vector<std::string> param_names;
        ros::param::getParamNames(param_names);

        ROS_INFO("Total parameters: %zu", param_names.size());

        // 打印前10个参数
        for (size_t i = 0; i < std::min(size_t(10), param_names.size()); ++i) {
            ROS_INFO("  %s", param_names[i].c_str());
        }
    }

    void searchParameters() {
        ROS_INFO("=== Searching Parameters ===");

        // 搜索参数(从当前命名空间向上查找)
        std::string param_value;

        if (ros::param::search("robot_name", param_value)) {
            ROS_INFO("Found robot_name at: %s", param_value.c_str());
        }

        // 使用searchParam
        std::string param_key;
        if (nh_.searchParam("config_file", param_key)) {
            std::string value;
            nh_.getParam(param_key, value);
            ROS_INFO("Config file found at %s: %s",
                     param_key.c_str(), value.c_str());
        }
    }

    void handleComplexParameters() {
        ROS_INFO("=== Complex Parameters ===");

        // 处理向量参数
        std::vector<double> vector_param;
        if (nh_.getParam("vector_param", vector_param)) {
            ROS_INFO("Vector size: %zu", vector_param.size());
            for (size_t i = 0; i < vector_param.size(); ++i) {
                ROS_INFO("  [%zu]: %.2f", i, vector_param[i]);
            }
        }

        // 处理嵌套参数
        XmlRpc::XmlRpcValue complex_param;
        if (nh_.getParam("complex_param", complex_param)) {
            if (complex_param.getType() == XmlRpc::XmlRpcValue::TypeStruct) {
                for (auto it = complex_param.begin();
                     it != complex_param.end(); ++it) {
                    ROS_INFO("  %s: %s", it->first.c_str(),
                            std::string(it->second).c_str());
                }
            }
        }

        // 处理YAML配置
        handleYAMLConfig();
    }

    void handleYAMLConfig() {
        // 处理YAML格式的配置
        XmlRpc::XmlRpcValue robot_config;
        if (nh_.getParam("robot_config", robot_config)) {
            // 检查类型
            if (robot_config.getType() == XmlRpc::XmlRpcValue::TypeStruct) {
                // 获取嵌套参数
                if (robot_config.hasMember("sensors")) {
                    XmlRpc::XmlRpcValue sensors = robot_config["sensors"];

                    if (sensors.hasMember("camera")) {
                        XmlRpc::XmlRpcValue camera = sensors["camera"];

                        if (camera.hasMember("resolution")) {
                            XmlRpc::XmlRpcValue resolution = camera["resolution"];
                            if (resolution.getType() == XmlRpc::XmlRpcValue::TypeArray) {
                                int width = static_cast<int>(resolution[0]);
                                int height = static_cast<int>(resolution[1]);
                                ROS_INFO("Camera resolution: %dx%d", width, height);
                            }
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }

    ros::NodeHandle nh_;
};

// 参数监听器
class ParameterListener {
public:
    ParameterListener() : nh_("~") {
        // 创建定时器周期性检查参数变化
        param_check_timer_ = nh_.createTimer(
            ros::Duration(1.0),
            &ParameterListener::checkParameterChanges, this);

        // 初始化参数值
        nh_.param("monitored_param", last_value_, 0.0);

        ROS_INFO("Parameter listener started");
    }

private:
    void checkParameterChanges(const ros::TimerEvent& event) {
        double current_value;
        nh_.param("monitored_param", current_value, 0.0);

        if (std::abs(current_value - last_value_) > 0.001) {
            ROS_INFO("Parameter changed: %.2f -> %.2f",
                     last_value_, current_value);
            onParameterChanged(current_value);
            last_value_ = current_value;
        }
    }

    void onParameterChanged(double new_value) {
        // 响应参数变化
        ROS_INFO("Responding to parameter change: %.2f", new_value);
        // 执行相应的操作
    }

    ros::NodeHandle nh_;
    ros::Timer param_check_timer_;
    double last_value_;
};

int main(int argc, char** argv) {
    ros::init(argc, argv, "parameter_demo");

    ParameterManager manager;
    ParameterListener listener;

    ros::spin();
    return 0;
}

2.2 Python参数操作

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

import rospy
import yaml
import json
from threading import Lock

class ParameterManager:
    """参数管理器类"""

    def __init__(self):
        rospy.init_node('parameter_manager')

        # 演示所有参数操作
        self.demonstrate_parameter_operations()

        # 启动参数监听器
        self.parameter_listener = ParameterListener()

    def demonstrate_parameter_operations(self):
        """演示参数操作"""
        self.get_basic_parameters()
        self.get_parameters_with_defaults()
        self.get_required_parameters()
        self.set_parameters()
        self.delete_parameters()
        self.check_parameter_existence()
        self.get_all_parameters()
        self.search_parameters()
        self.handle_complex_parameters()
        self.handle_yaml_config()

    def get_basic_parameters(self):
        """基本参数获取"""
        rospy.loginfo("=== Basic Parameter Operations ===")

        # 获取不同类型的参数
        try:
            # 从全局参数服务器获取
            global_int = rospy.get_param('/global_int')
            global_float = rospy.get_param('/global_float')
            global_string = rospy.get_param('/global_string')
            global_bool = rospy.get_param('/global_bool')

            # 从私有命名空间获取
            private_int = rospy.get_param('~private_int')
            private_float = rospy.get_param('~private_float')
            private_string = rospy.get_param('~private_string')
            private_bool = rospy.get_param('~private_bool')

            rospy.loginfo(f"Global - Int: {global_int}, Float: {global_float}, "
                         f"String: {global_string}, Bool: {global_bool}")
            rospy.loginfo(f"Private - Int: {private_int}, Float: {private_float}, "
                         f"String: {private_string}, Bool: {private_bool}")

        except KeyError as e:
            rospy.logwarn(f"Parameter not found: {e}")

    def get_parameters_with_defaults(self):
        """带默认值的参数获取"""
        rospy.loginfo("=== Parameters with Defaults ===")

        # 方法1: 使用get_param的default参数
        max_retries = rospy.get_param('~max_retries', 3)
        timeout = rospy.get_param('~timeout', 5.0)
        robot_name = rospy.get_param('~robot_name', 'default_robot')

        # 方法2: 使用try-except
        try:
            optional_param = rospy.get_param('~optional_param')
        except KeyError:
            optional_param = 'default_value'

        # 方法3: 使用条件判断
        if rospy.has_param('~another_param'):
            another_param = rospy.get_param('~another_param')
        else:
            another_param = 100

        rospy.loginfo(f"Max retries: {max_retries}, Timeout: {timeout}, "
                     f"Robot: {robot_name}")
        rospy.loginfo(f"Optional: {optional_param}, Another: {another_param}")

    def get_required_parameters(self):
        """获取必需参数"""
        rospy.loginfo("=== Required Parameters ===")

        # 必需参数(如果不存在则报错)
        try:
            config_file = rospy.get_param('~config_file')
            critical_threshold = rospy.get_param('~critical_threshold')

            rospy.loginfo(f"Config file: {config_file}, "
                         f"Threshold: {critical_threshold}")

        except KeyError as e:
            rospy.logfatal(f"Required parameter not found: {e}")
            rospy.signal_shutdown("Missing required parameter")

    def set_parameters(self):
        """设置参数"""
        rospy.loginfo("=== Setting Parameters ===")

        # 设置不同类型的参数
        rospy.set_param('~my_int', 42)
        rospy.set_param('~my_float', 3.14)
        rospy.set_param('~my_string', 'hello')
        rospy.set_param('~my_bool', True)

        # 设置列表参数
        rospy.set_param('~my_list', [1, 2, 3, 4, 5])

        # 设置字典参数
        rospy.set_param('~my_dict', {
            'key1': 'value1',
            'key2': 123,
            'key3': True
        })

        # 设置嵌套参数
        rospy.set_param('~robot', {
            'name': 'robot_01',
            'speed': 1.0,
            'sensors': {
                'camera': {
                    'resolution': [640, 480],
                    'fps': 30
                },
                'lidar': {
                    'range': 30.0,
                    'angle': 360
                }
            }
        })

        # 设置全局参数
        rospy.set_param('/global_config', {
            'version': '1.0',
            'debug': True
        })

        rospy.loginfo("Parameters set successfully")

    def delete_parameters(self):
        """删除参数"""
        rospy.loginfo("=== Deleting Parameters ===")

        # 创建临时参数
        rospy.set_param('~temp_param', 'will_be_deleted')

        # 删除参数
        if rospy.has_param('~temp_param'):
            rospy.delete_param('~temp_param')
            rospy.loginfo("Deleted temp_param")

        # 删除不存在的参数(不会报错)
        try:
            rospy.delete_param('~non_existent_param')
        except KeyError:
            rospy.loginfo("Parameter does not exist")

    def check_parameter_existence(self):
        """检查参数存在性"""
        rospy.loginfo("=== Checking Parameter Existence ===")

        # 检查参数是否存在
        params_to_check = [
            '~my_int',
            '~non_existent',
            '/global_config',
            '/rosversion'
        ]

        for param in params_to_check:
            if rospy.has_param(param):
                rospy.loginfo(f"Parameter {param} exists")
                value = rospy.get_param(param)
                rospy.loginfo(f"  Value: {value}")
            else:
                rospy.loginfo(f"Parameter {param} does not exist")

    def get_all_parameters(self):
        """获取所有参数"""
        rospy.loginfo("=== Getting All Parameters ===")

        # 获取所有参数名称
        param_names = rospy.get_param_names()

        rospy.loginfo(f"Total parameters: {len(param_names)}")

        # 按命名空间分组
        namespaces = {}
        for param in param_names:
            namespace = '/'.join(param.split('/')[:-1])
            if namespace not in namespaces:
                namespaces[namespace] = []
            namespaces[namespace].append(param)

        # 打印前几个命名空间
        for ns, params in list(namespaces.items())[:5]:
            rospy.loginfo(f"Namespace: {ns if ns else '/'}")
            for param in params[:3]:
                rospy.loginfo(f"  - {param}")

    def search_parameters(self):
        """搜索参数"""
        rospy.loginfo("=== Searching Parameters ===")

        # 搜索参数(从当前命名空间向上查找)
        search_keys = ['robot_name', 'config_file', 'rosversion']

        for key in search_keys:
            resolved_key = rospy.search_param(key)
            if resolved_key:
                value = rospy.get_param(resolved_key)
                rospy.loginfo(f"Found '{key}' at '{resolved_key}': {value}")
            else:
                rospy.loginfo(f"Parameter '{key}' not found")

    def handle_complex_parameters(self):
        """处理复杂参数"""
        rospy.loginfo("=== Complex Parameters ===")

        # 处理列表参数
        list_param = rospy.get_param('~my_list', [])
        rospy.loginfo(f"List parameter: {list_param}")

        # 处理字典参数
        dict_param = rospy.get_param('~my_dict', {})
        rospy.loginfo(f"Dict parameter: {dict_param}")

        # 处理嵌套结构
        robot_config = rospy.get_param('~robot', {})
        if robot_config:
            # 访问嵌套值
            robot_name = robot_config.get('name', 'unknown')
            camera_res = robot_config.get('sensors', {}).get('camera', {}).get('resolution', [])
            rospy.loginfo(f"Robot name: {robot_name}")
            rospy.loginfo(f"Camera resolution: {camera_res}")

        # 批量获取参数
        self.batch_get_parameters()

    def batch_get_parameters(self):
        """批量获取参数"""
        # 定义参数配置
        param_config = {
            'max_speed': 1.0,
            'min_speed': 0.1,
            'acceleration': 0.5,
            'deceleration': 0.8,
            'control_frequency': 10.0
        }

        # 批量获取并使用默认值
        params = {}
        for key, default in param_config.items():
            params[key] = rospy.get_param(f'~{key}', default)

        rospy.loginfo(f"Batch parameters: {params}")

    def handle_yaml_config(self):
        """处理YAML配置"""
        rospy.loginfo("=== YAML Configuration ===")

        # 创建YAML配置
        yaml_config = """
        robot:
          name: my_robot
          version: 1.0
          specifications:
            max_speed: 2.0
            payload: 10.0
            battery: 24.0
          sensors:
            - type: camera
              model: RGB-D
              fps: 30
            - type: lidar
              model: 2D
              range: 30
            - type: imu
              model: 6DOF
              rate: 100
        """

        # 解析YAML
        config = yaml.safe_load(yaml_config)

        # 设置为参数
        rospy.set_param('~yaml_config', config)

        # 读取并使用
        loaded_config = rospy.get_param('~yaml_config', {})

        if loaded_config:
            robot_name = loaded_config['robot']['name']
            sensors = loaded_config['robot']['sensors']

            rospy.loginfo(f"Robot: {robot_name}")
            rospy.loginfo(f"Number of sensors: {len(sensors)}")

            for sensor in sensors:
                rospy.loginfo(f"  - {sensor['type']}: {sensor['model']}")


class ParameterListener:
    """参数监听器"""

    def __init__(self):
        self.lock = Lock()
        self.monitored_params = {}

        # 要监控的参数列表
        self.params_to_monitor = [
            '~my_int',
            '~my_float',
            '~my_string'
        ]

        # 初始化参数值
        self.initialize_params()

        # 创建定时器检查参数变化
        self.check_timer = rospy.Timer(
            rospy.Duration(1.0),
            self.check_parameter_changes
        )

        rospy.loginfo("Parameter listener started")

    def initialize_params(self):
        """初始化参数值"""
        with self.lock:
            for param in self.params_to_monitor:
                try:
                    value = rospy.get_param(param)
                    self.monitored_params[param] = value
                except KeyError:
                    self.monitored_params[param] = None

    def check_parameter_changes(self, event):
        """检查参数变化"""
        with self.lock:
            for param in self.params_to_monitor:
                try:
                    current_value = rospy.get_param(param)

                    if param in self.monitored_params:
                        if current_value != self.monitored_params[param]:
                            self.on_parameter_changed(
                                param,
                                self.monitored_params[param],
                                current_value
                            )
                            self.monitored_params[param] = current_value
                    else:
                        # 新参数
                        self.monitored_params[param] = current_value
                        rospy.loginfo(f"New parameter detected: {param} = {current_value}")

                except KeyError:
                    if param in self.monitored_params and self.monitored_params[param] is not None:
                        # 参数被删除
                        rospy.loginfo(f"Parameter deleted: {param}")
                        self.monitored_params[param] = None

    def on_parameter_changed(self, param_name, old_value, new_value):
        """参数变化回调"""
        rospy.loginfo(f"Parameter changed: {param_name}")
        rospy.loginfo(f"  Old value: {old_value}")
        rospy.loginfo(f"  New value: {new_value}")

        # 根据参数类型执行相应操作
        if 'speed' in param_name:
            self.update_speed_limits(new_value)
        elif 'config' in param_name:
            self.reload_configuration(new_value)

    def update_speed_limits(self, new_speed):
        """更新速度限制"""
        rospy.loginfo(f"Updating speed limits to: {new_speed}")
        # 实现速度限制更新逻辑

    def reload_configuration(self, new_config):
        """重新加载配置"""
        rospy.loginfo("Reloading configuration...")
        # 实现配置重载逻辑


def main():
    try:
        manager = ParameterManager()
        rospy.spin()
    except rospy.ROSInterruptException:
        pass

if __name__ == '__main__':
    main()

3. 参数文件管理

3.1 YAML参数文件

# config/robot_params.yaml

# 机器人基本信息
robot_info:
  name: "my_robot"
  model: "MR-100"
  version: "2.1.0"
  serial_number: "MR100-2024-001"

# 运动参数
motion:
  max_linear_velocity: 2.0    # m/s
  max_angular_velocity: 3.14  # rad/s
  acceleration_limit: 1.0      # m/s^2
  deceleration_limit: 2.0      # m/s^2

  # 轮子参数
  wheels:
    diameter: 0.1              # m
    distance: 0.5              # m
    encoder_resolution: 1024   # ticks/revolution

# 传感器配置
sensors:
  # 相机配置
  camera:
    enabled: true
    device: "/dev/video0"
    resolution: [640, 480]
    fps: 30
    calibration:
      fx: 554.254691191187
      fy: 554.254691191187
      cx: 320.5
      cy: 240.5
      distortion: [0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0]

  # 激光雷达配置
  lidar:
    enabled: true
    port: "/dev/ttyUSB0"
    baud_rate: 115200
    range_min: 0.15
    range_max: 12.0
    angle_min: -3.14159
    angle_max: 3.14159
    angle_increment: 0.00872665  # 0.5 degree

  # IMU配置
  imu:
    enabled: true
    port: "/dev/ttyUSB1"
    baud_rate: 9600
    calibration:
      accel_offset: [0.01, -0.02, 0.03]
      gyro_offset: [0.001, -0.002, 0.0]

# 控制器参数
controllers:
  # PID控制器
  pid:
    linear:
      kp: 1.0
      ki: 0.1
      kd: 0.05
      min_output: -1.0
      max_output: 1.0

    angular:
      kp: 2.0
      ki: 0.2
      kd: 0.1
      min_output: -3.14
      max_output: 3.14

  # 轨迹跟踪
  trajectory:
    lookahead_distance: 0.5
    goal_tolerance: 0.1
    angle_tolerance: 0.05

# 导航参数
navigation:
  # 全局规划器
  global_planner:
    algorithm: "astar"  # astar, dijkstra, rrt
    resolution: 0.05
    timeout: 5.0

  # 局部规划器
  local_planner:
    algorithm: "dwa"   # dwa, teb, mpc
    sim_time: 2.0
    vx_samples: 10
    vtheta_samples: 20

  # 代价地图
  costmap:
    global:
      width: 100.0
      height: 100.0
      resolution: 0.05
      origin_x: -50.0
      origin_y: -50.0

    local:
      width: 5.0
      height: 5.0
      resolution: 0.025
      rolling_window: true

# 安全参数
safety:
  emergency_stop_distance: 0.3
  warning_distance: 1.0
  max_temperature: 60.0
  min_battery_voltage: 22.0
  watchdog_timeout: 1.0

# 调试参数
debug:
  verbose: false
  log_level: "info"  # debug, info, warn, error
  save_logs: true
  log_directory: "/home/robot/logs"
  visualization: true

3.2 加载参数文件

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

import rospy
import rosparam
import yaml
import os

class ParameterFileManager:
    """参数文件管理器"""

    def __init__(self):
        rospy.init_node('parameter_file_manager')

        # 演示参数文件操作
        self.load_parameter_file()
        self.save_parameter_file()
        self.merge_parameters()
        self.validate_parameters()

    def load_parameter_file(self):
        """加载参数文件"""
        rospy.loginfo("=== Loading Parameter Files ===")

        # 方法1:使用rosparam.load_file
        config_file = os.path.expanduser("~/catkin_ws/src/my_package/config/robot_params.yaml")

        if os.path.exists(config_file):
            # 加载到私有命名空间
            paramlist = rosparam.load_file(config_file, default_namespace="~")

            for params, ns in paramlist:
                rosparam.upload_params(ns, params)

            rospy.loginfo(f"Loaded parameters from {config_file}")

        # 方法2:使用yaml.load
        with open(config_file, 'r') as f:
            config = yaml.safe_load(f)

        # 将配置设置为参数
        rospy.set_param('~loaded_config', config)

        # 方法3:加载特定部分
        self.load_specific_section(config_file, 'sensors')

    def load_specific_section(self, file_path, section):
        """加载配置文件的特定部分"""
        with open(file_path, 'r') as f:
            config = yaml.safe_load(f)

        if section in config:
            rospy.set_param(f'~{section}', config[section])
            rospy.loginfo(f"Loaded section '{section}'")

    def save_parameter_file(self):
        """保存参数到文件"""
        rospy.loginfo("=== Saving Parameters to File ===")

        # 获取当前参数
        params_to_save = {
            'timestamp': rospy.Time.now().to_sec(),
            'node_name': rospy.get_name(),
            'parameters': {}
        }

        # 收集要保存的参数
        param_names = rospy.get_param_names()

        for param in param_names:
            if param.startswith(rospy.get_name()):
                # 只保存当前节点的参数
                key = param.replace(rospy.get_name() + '/', '')
                params_to_save['parameters'][key] = rospy.get_param(param)

        # 保存到文件
        output_file = os.path.expanduser("~/saved_params.yaml")

        with open(output_file, 'w') as f:
            yaml.dump(params_to_save, f, default_flow_style=False)

        rospy.loginfo(f"Parameters saved to {output_file}")

        # 使用rosparam dump
        rosparam.dump_params(output_file, rospy.get_name())

    def merge_parameters(self):
        """合并多个参数文件"""
        rospy.loginfo("=== Merging Parameter Files ===")

        # 基础配置
        base_config = {
            'robot': {
                'name': 'default_robot',
                'speed': 1.0
            },
            'sensors': {
                'camera': {'enabled': False},
                'lidar': {'enabled': False}
            }
        }

        # 覆盖配置
        override_config = {
            'robot': {
                'speed': 2.0
            },
            'sensors': {
                'camera': {'enabled': True, 'fps': 30}
            },
            'debug': True
        }

        # 深度合并配置
        merged_config = self.deep_merge(base_config, override_config)

        # 设置合并后的参数
        rospy.set_param('~merged_config', merged_config)

        rospy.loginfo(f"Merged configuration: {merged_config}")

    def deep_merge(self, dict1, dict2):
        """深度合并两个字典"""
        result = dict1.copy()

        for key, value in dict2.items():
            if key in result and isinstance(result[key], dict) and isinstance(value, dict):
                result[key] = self.deep_merge(result[key], value)
            else:
                result[key] = value

        return result

    def validate_parameters(self):
        """验证参数"""
        rospy.loginfo("=== Validating Parameters ===")

        # 定义参数规则
        param_rules = {
            '~motion/max_linear_velocity': {
                'type': float,
                'min': 0.0,
                'max': 5.0,
                'required': True
            },
            '~motion/max_angular_velocity': {
                'type': float,
                'min': 0.0,
                'max': 6.28,
                'required': True
            },
            '~sensors/camera/fps': {
                'type': int,
                'min': 1,
                'max': 60,
                'required': False,
                'default': 30
            }
        }

        # 验证参数
        for param_name, rules in param_rules.items():
            self.validate_single_parameter(param_name, rules)

    def validate_single_parameter(self, param_name, rules):
        """验证单个参数"""
        # 检查参数是否存在
        if rospy.has_param(param_name):
            value = rospy.get_param(param_name)

            # 类型检查
            if 'type' in rules and not isinstance(value, rules['type']):
                rospy.logwarn(f"Parameter {param_name} has wrong type. "
                            f"Expected {rules['type']}, got {type(value)}")
                return False

            # 范围检查
            if 'min' in rules and value < rules['min']:
                rospy.logwarn(f"Parameter {param_name} = {value} is below minimum {rules['min']}")
                return False

            if 'max' in rules and value > rules['max']:
                rospy.logwarn(f"Parameter {param_name} = {value} exceeds maximum {rules['max']}")
                return False

            rospy.loginfo(f"Parameter {param_name} = {value} is valid")
            return True

        else:
            # 参数不存在
            if rules.get('required', False):
                rospy.logerr(f"Required parameter {param_name} not found!")
                return False
            else:
                # 使用默认值
                if 'default' in rules:
                    rospy.set_param(param_name, rules['default'])
                    rospy.loginfo(f"Set {param_name} to default value {rules['default']}")
                return True

4. 动态参数配置

4.1 动态配置文件

# cfg/DynamicParams.cfg
#!/usr/bin/env python

from dynamic_reconfigure.parameter_generator_catkin import *

gen = ParameterGenerator()

# 添加参数
# gen.add(name, type, level, description, default, min, max)

# 整数参数
gen.add("int_param", int_t, 0,
        "An integer parameter", 50, 0, 100)

# 浮点参数
gen.add("double_param", double_t, 0,
        "A double parameter", 0.5, 0.0, 1.0)

# 字符串参数
gen.add("str_param", str_t, 0,
        "A string parameter", "Hello World")

# 布尔参数
gen.add("bool_param", bool_t, 0,
        "A boolean parameter", True)

# 枚举参数
size_enum = gen.enum([gen.const("Small", int_t, 0, "Small size"),
                      gen.const("Medium", int_t, 1, "Medium size"),
                      gen.const("Large", int_t, 2, "Large size")],
                     "Size options")

gen.add("size", int_t, 0, "Select size", 1, 0, 2, edit_method=size_enum)

# 分组参数
group_motion = gen.add_group("Motion")
group_motion.add("max_speed", double_t, 0, "Maximum speed", 1.0, 0.0, 10.0)
group_motion.add("acceleration", double_t, 0, "Acceleration", 0.5, 0.0, 5.0)

group_sensor = gen.add_group("Sensors")
group_sensor.add("enable_camera", bool_t, 0, "Enable camera", True)
group_sensor.add("camera_fps", int_t, 0, "Camera FPS", 30, 1, 60)

# 生成必要的文件
exit(gen.generate("my_package", "dynamic_param_node", "DynamicParams"))

4.2 动态参数服务器

// dynamic_param_server.cpp
#include 
#include 
#include 

class DynamicParamServer {
public:
    DynamicParamServer() : nh_("~") {
        // 设置动态参数回调
        dynamic_reconfigure::Server<my_package::DynamicParamsConfig>::CallbackType f;
        f = boost::bind(&DynamicParamServer::configCallback, this, _1, _2);
        server_.setCallback(f);

        ROS_INFO("Dynamic parameter server started");
    }

    void configCallback(my_package::DynamicParamsConfig &config, uint32_t level) {
        ROS_INFO("Reconfigure Request:");
        ROS_INFO("  int_param: %d", config.int_param);
        ROS_INFO("  double_param: %f", config.double_param);
        ROS_INFO("  str_param: %s", config.str_param.c_str());
        ROS_INFO("  bool_param: %s", config.bool_param ? "true" : "false");
        ROS_INFO("  size: %d", config.size);
        ROS_INFO("  max_speed: %f", config.max_speed);
        ROS_INFO("  Level: %d", level);

        // 保存配置
        current_config_ = config;

        // 根据level判断哪些参数改变了
        if (level & 0x1) {
            updateMotionParameters(config);
        }
        if (level & 0x2) {
            updateSensorParameters(config);
        }
    }

private:
    void updateMotionParameters(const my_package::DynamicParamsConfig &config) {
        ROS_INFO("Updating motion parameters...");
        // 更新运动控制参数
        max_speed_ = config.max_speed;
        acceleration_ = config.acceleration;
    }

    void updateSensorParameters(const my_package::DynamicParamsConfig &config) {
        ROS_INFO("Updating sensor parameters...");
        // 更新传感器参数
        camera_enabled_ = config.enable_camera;
        camera_fps_ = config.camera_fps;
    }

    ros::NodeHandle nh_;
    dynamic_reconfigure::Server<my_package::DynamicParamsConfig> server_;
    my_package::DynamicParamsConfig current_config_;

    double max_speed_;
    double acceleration_;
    bool camera_enabled_;
    int camera_fps_;
};

4.3 Python动态参数

#!/usr/bin/env python

import rospy
from dynamic_reconfigure.server import Server
from my_package.cfg import DynamicParamsConfig

class DynamicParameterServer:
    """动态参数服务器"""

    def __init__(self):
        rospy.init_node('dynamic_parameter_server')

        # 当前配置
        self.current_config = None

        # 创建动态参数服务器
        self.server = Server(DynamicParamsConfig, self.reconfigure_callback)

        rospy.loginfo("Dynamic parameter server started")

    def reconfigure_callback(self, config, level):
        """动态参数回调"""
        rospy.loginfo("Reconfigure Request:")
        rospy.loginfo(f"  int_param: {config.int_param}")
        rospy.loginfo(f"  double_param: {config.double_param}")
        rospy.loginfo(f"  str_param: {config.str_param}")
        rospy.loginfo(f"  bool_param: {config.bool_param}")
        rospy.loginfo(f"  Level: {level}")

        # 检查哪些参数改变了
        if self.current_config:
            self.check_parameter_changes(self.current_config, config)

        # 保存当前配置
        self.current_config = config

        # 应用参数
        self.apply_parameters(config, level)

        return config

    def check_parameter_changes(self, old_config, new_config):
        """检查参数变化"""
        for key in dir(new_config):
            if not key.startswith('_'):
                old_value = getattr(old_config, key)
                new_value = getattr(new_config, key)

                if old_value != new_value:
                    rospy.loginfo(f"Parameter '{key}' changed: {old_value} -> {new_value}")

    def apply_parameters(self, config, level):
        """应用参数"""
        # 根据level判断参数类型
        if level & 0x1:  # 运动参数
            self.update_motion_parameters(config)

        if level & 0x2:  # 传感器参数
            self.update_sensor_parameters(config)

    def update_motion_parameters(self, config):
        """更新运动参数"""
        rospy.loginfo("Updating motion parameters...")
        # 实现运动参数更新逻辑

    def update_sensor_parameters(self, config):
        """更新传感器参数"""
        rospy.loginfo("Updating sensor parameters...")
        # 实现传感器参数更新逻辑

def main():
    server = DynamicParameterServer()
    rospy.spin()

if __name__ == '__main__':
    main()

5. 参数命名空间

5.1 命名空间管理

#!/usr/bin/env python

import rospy

class NamespaceManager:
    """命名空间管理器"""

    def __init__(self):
        rospy.init_node('namespace_manager')

        # 演示命名空间操作
        self.demonstrate_namespaces()

    def demonstrate_namespaces(self):
        """演示命名空间"""

        # 1. 全局命名空间
        rospy.set_param('/global_param', 'global_value')

        # 2. 相对命名空间
        rospy.set_param('relative_param', 'relative_value')

        # 3. 私有命名空间
        rospy.set_param('~private_param', 'private_value')

        # 4. 嵌套命名空间
        rospy.set_param('~robot/sensors/camera/enabled', True)
        rospy.set_param('~robot/sensors/lidar/enabled', True)

        # 5. 多机器人命名空间
        for i in range(3):
            robot_ns = f'/robot_{i}'
            rospy.set_param(f'{robot_ns}/id', f'robot_{i}')
            rospy.set_param(f'{robot_ns}/position/x', i * 2.0)
            rospy.set_param(f'{robot_ns}/position/y', 0.0)
            rospy.set_param(f'{robot_ns}/status', 'idle')

        # 打印命名空间结构
        self.print_namespace_tree()

    def print_namespace_tree(self):
        """打印命名空间树"""
        rospy.loginfo("=== Parameter Namespace Tree ===")

        # 获取所有参数
        params = rospy.get_param_names()

        # 构建树结构
        tree = {}
        for param in params:
            parts = param.split('/')
            current = tree

            for part in parts[:-1]:
                if part not in current:
                    current[part] = {}
                current = current[part]

            # 添加叶子节点
            if parts[-1]:
                current[parts[-1]] = rospy.get_param(param)

        # 打印树
        self.print_tree(tree, indent=0)

    def print_tree(self, tree, indent=0):
        """递归打印树"""
        for key, value in tree.items():
            if isinstance(value, dict):
                rospy.loginfo("  " * indent + f"/{key}")
                self.print_tree(value, indent + 1)
            else:
                rospy.loginfo("  " * indent + f"{key}: {value}")

6. Launch文件参数配置

6.1 Launch文件参数示例


<launch>
  
  <param name="robot_name" value="my_robot" />
  <param name="max_speed" value="2.0" />
  <param name="debug_mode" value="true" />

  
  <rosparam file="$(find my_package)/config/robot_params.yaml" command="load" />

  
  <group ns="robot1">
    <param name="id" value="robot_001" />
    <param name="type" value="mobile" />
  group>

  
  <node name="my_node" pkg="my_package" type="my_node" output="screen">
    <param name="private_param" value="private_value" />
    <rosparam file="$(find my_package)/config/node_config.yaml" command="load" />
  node>

  
  <arg name="use_simulator" default="false" />
  <param name="simulator_enabled" value="$(arg use_simulator)" />

  
  <param name="home_directory" value="$(env HOME)" />
  <param name="ros_version" value="$(env ROS_VERSION)" />

  
  <param name="calculated_value" value="$(eval 2 * 3.14159)" />
  <param name="conditional_value" value="$(eval 'simulation' if arg('use_simulator') else 'real')" />

  
  <rosparam>
    controllers:
      pid:
        kp: 1.0
        ki: 0.1
        kd: 0.05
      trajectory:
        lookahead: 0.5
        tolerance: 0.1
  rosparam>

  
  <rosparam subst_value="true">
    config_path: $(find my_package)/config
    data_path: $(find my_package)/data
  rosparam>

  
  <include file="$(find my_package)/launch/sub_launch.launch">
    <arg name="robot_id" value="robot_001" />
  include>
launch>

7. 参数服务器进阶

7.1 参数缓存和优化

#!/usr/bin/env python

import rospy
import threading
import time

class ParameterCache:
    """参数缓存器"""

    def __init__(self, cache_duration=1.0):
        self.cache = {}
        self.cache_duration = cache_duration
        self.lock = threading.Lock()

    def get(self, param_name, default=None):
        """获取缓存的参数"""
        with self.lock:
            # 检查缓存
            if param_name in self.cache:
                value, timestamp = self.cache[param_name]

                # 检查是否过期
                if time.time() - timestamp < self.cache_duration:
                    return value

            # 从参数服务器获取
            try:
                value = rospy.get_param(param_name, default)
                self.cache[param_name] = (value, time.time())
                return value
            except:
                return default

    def invalidate(self, param_name=None):
        """使缓存失效"""
        with self.lock:
            if param_name:
                self.cache.pop(param_name, None)
            else:
                self.cache.clear()


class ParameterWatcher:
    """参数监视器"""

    def __init__(self):
        self.callbacks = {}
        self.watching = True
        self.thread = threading.Thread(target=self.watch_loop)
        self.thread.daemon = True
        self.thread.start()

    def watch(self, param_name, callback):
        """监视参数变化"""
        if param_name not in self.callbacks:
            self.callbacks[param_name] = []

        self.callbacks[param_name].append(callback)

        # 获取初始值
        try:
            initial_value = rospy.get_param(param_name)
            callback(param_name, None, initial_value)
        except:
            pass

    def watch_loop(self):
        """监视循环"""
        last_values = {}

        while self.watching and not rospy.is_shutdown():
            for param_name, callbacks in self.callbacks.items():
                try:
                    current_value = rospy.get_param(param_name)

                    if param_name in last_values:
                        if current_value != last_values[param_name]:
                            # 参数改变
                            for callback in callbacks:
                                callback(param_name, last_values[param_name], current_value)

                    last_values[param_name] = current_value

                except KeyError:
                    if param_name in last_values:
                        # 参数被删除
                        for callback in callbacks:
                            callback(param_name, last_values[param_name], None)
                        del last_values[param_name]

            rospy.sleep(0.1)

    def stop(self):
        """停止监视"""
        self.watching = False
        self.thread.join()

8. 配置管理最佳实践

8.1 配置管理系统

#!/usr/bin/env python

import rospy
import yaml
import json
import os
from enum import Enum

class ConfigLevel(Enum):
    """配置级别"""
    DEFAULT = 0
    SYSTEM = 1
    USER = 2
    RUNTIME = 3


class ConfigurationManager:
    """配置管理器"""

    def __init__(self):
        rospy.init_node('configuration_manager')

        # 配置层级
        self.configs = {
            ConfigLevel.DEFAULT: {},
            ConfigLevel.SYSTEM: {},
            ConfigLevel.USER: {},
            ConfigLevel.RUNTIME: {}
        }

        # 加载配置
        self.load_configurations()

        # 参数验证器
        self.validator = ParameterValidator()

        # 参数监视器
        self.watcher = ParameterWatcher()
        self.setup_watchers()

    def load_configurations(self):
        """加载配置文件"""

        # 加载默认配置
        default_config_path = self.get_config_path('default.yaml')
        self.load_config_file(default_config_path, ConfigLevel.DEFAULT)

        # 加载系统配置
        system_config_path = self.get_config_path('system.yaml')
        self.load_config_file(system_config_path, ConfigLevel.SYSTEM)

        # 加载用户配置
        user_config_path = os.path.expanduser('~/.robot/config.yaml')
        self.load_config_file(user_config_path, ConfigLevel.USER)

        # 合并配置
        self.merge_configurations()

    def get_config_path(self, filename):
        """获取配置文件路径"""
        try:
            import rospkg
            rospack = rospkg.RosPack()
            package_path = rospack.get_path('my_package')
            return os.path.join(package_path, 'config', filename)
        except:
            return filename

    def load_config_file(self, filepath, level):
        """加载配置文件"""
        if os.path.exists(filepath):
            with open(filepath, 'r') as f:
                config = yaml.safe_load(f)
                self.configs[level] = config
                rospy.loginfo(f"Loaded {level.name} config from {filepath}")

    def merge_configurations(self):
        """合并配置层级"""
        merged = {}

        # 按优先级合并
        for level in [ConfigLevel.DEFAULT, ConfigLevel.SYSTEM,
                     ConfigLevel.USER, ConfigLevel.RUNTIME]:
            merged = self.deep_update(merged, self.configs[level])

        # 设置到参数服务器
        for key, value in self.flatten_dict(merged).items():
            rospy.set_param(key, value)

        rospy.loginfo("Configuration merged and loaded")

    def deep_update(self, base_dict, update_dict):
        """深度更新字典"""
        for key, value in update_dict.items():
            if isinstance(value, dict) and key in base_dict:
                base_dict[key] = self.deep_update(base_dict.get(key, {}), value)
            else:
                base_dict[key] = value
        return base_dict

    def flatten_dict(self, d, parent_key='~', sep='/'):
        """扁平化字典"""
        items = []
        for k, v in d.items():
            new_key = f"{parent_key}{sep}{k}" if parent_key else k
            if isinstance(v, dict):
                items.extend(self.flatten_dict(v, new_key, sep=sep).items())
            else:
                items.append((new_key, v))
        return dict(items)

    def get_config(self, key, level=None):
        """获取配置"""
        if level:
            return self.get_nested_value(self.configs[level], key)
        else:
            # 从参数服务器获取
            return rospy.get_param(f"~{key}")

    def set_config(self, key, value, level=ConfigLevel.RUNTIME):
        """设置配置"""
        # 验证参数
        if not self.validator.validate(key, value):
            rospy.logwarn(f"Invalid value for {key}: {value}")
            return False

        # 设置到指定级别
        self.set_nested_value(self.configs[level], key, value)

        # 更新参数服务器
        rospy.set_param(f"~{key}", value)

        return True

    def get_nested_value(self, d, key):
        """获取嵌套值"""
        keys = key.split('/')
        for k in keys:
            d = d.get(k, {})
        return d

    def set_nested_value(self, d, key, value):
        """设置嵌套值"""
        keys = key.split('/')
        for k in keys[:-1]:
            d = d.setdefault(k, {})
        d[keys[-1]] = value

    def save_configuration(self, level=ConfigLevel.USER):
        """保存配置"""
        if level == ConfigLevel.USER:
            filepath = os.path.expanduser('~/.robot/config.yaml')
            os.makedirs(os.path.dirname(filepath), exist_ok=True)

            with open(filepath, 'w') as f:
                yaml.dump(self.configs[level], f, default_flow_style=False)

            rospy.loginfo(f"Configuration saved to {filepath}")

    def setup_watchers(self):
        """设置参数监视器"""
        # 监视关键参数
        self.watcher.watch('~safety/emergency_stop', self.on_emergency_stop_changed)
        self.watcher.watch('~motion/max_speed', self.on_max_speed_changed)

    def on_emergency_stop_changed(self, name, old_value, new_value):
        """紧急停止参数变化"""
        if new_value:
            rospy.logwarn("EMERGENCY STOP ACTIVATED")
            # 执行紧急停止逻辑

    def on_max_speed_changed(self, name, old_value, new_value):
        """最大速度参数变化"""
        rospy.loginfo(f"Max speed changed from {old_value} to {new_value}")
        # 更新速度限制


class ParameterValidator:
    """参数验证器"""

    def __init__(self):
        # 定义验证规则
        self.rules = {
            'motion/max_speed': {
                'type': float,
                'min': 0.0,
                'max': 10.0
            },
            'sensors/camera/fps': {
                'type': int,
                'min': 1,
                'max': 120
            },
            'robot/name': {
                'type': str,
                'pattern': r'^[a-zA-Z0-9_]+$'
            }
        }

    def validate(self, param_name, value):
        """验证参数"""
        if param_name not in self.rules:
            return True  # 没有规则,默认通过

        rule = self.rules[param_name]

        # 类型检查
        if 'type' in rule:
            if not isinstance(value, rule['type']):
                return False

        # 范围检查
        if 'min' in rule and value < rule['min']:
            return False

        if 'max' in rule and value > rule['max']:
            return False

        # 模式匹配
        if 'pattern' in rule:
            import re
            if not re.match(rule['pattern'], str(value)):
                return False

        return True

9. 实战案例:智能配置管理系统

9.1 完整的配置管理系统

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

import rospy
import yaml
import json
import os
import threading
from datetime import datetime
from dynamic_reconfigure.server import Server
from my_package.cfg import SystemConfig

class IntelligentConfigSystem:
    """智能配置管理系统"""

    def __init__(self):
        rospy.init_node('intelligent_config_system')

        # 系统组件
        self.config_manager = ConfigurationManager()
        self.profile_manager = ProfileManager()
        self.adaptation_engine = AdaptationEngine()

        # 动态配置服务器
        self.dyn_server = Server(SystemConfig, self.dynamic_callback)

        # 启动系统
        self.initialize_system()

        rospy.loginfo("Intelligent Configuration System started")

    def initialize_system(self):
        """初始化系统"""
        # 加载配置文件
        self.config_manager.load_all_configs()

        # 加载配置档案
        self.profile_manager.load_profiles()

        # 启动自适应引擎
        self.adaptation_engine.start()

        # 设置服务
        self.setup_services()

    def setup_services(self):
        """设置ROS服务"""
        rospy.Service('~save_config', SaveConfig, self.handle_save_config)
        rospy.Service('~load_config', LoadConfig, self.handle_load_config)
        rospy.Service('~switch_profile', SwitchProfile, self.handle_switch_profile)
        rospy.Service('~get_config_info', GetConfigInfo, self.handle_get_config_info)

    def dynamic_callback(self, config, level):
        """动态配置回调"""
        rospy.loginfo(f"Dynamic reconfigure: level={level}")

        # 更新配置
        self.config_manager.update_from_dynamic(config)

        # 触发自适应
        self.adaptation_engine.adapt(config)

        return config

    def handle_save_config(self, req):
        """处理保存配置请求"""
        success = self.config_manager.save_config(req.name, req.description)
        return SaveConfigResponse(success=success)

    def handle_load_config(self, req):
        """处理加载配置请求"""
        success = self.config_manager.load_config(req.name)
        return LoadConfigResponse(success=success)

    def handle_switch_profile(self, req):
        """处理切换配置档案请求"""
        success = self.profile_manager.switch_profile(req.profile_name)
        return SwitchProfileResponse(success=success)

    def handle_get_config_info(self, req):
        """处理获取配置信息请求"""
        info = self.config_manager.get_info()
        return GetConfigInfoResponse(info=info)


class ConfigurationManager:
    """配置管理器"""

    def __init__(self):
        self.configs = {}
        self.current_config = None
        self.config_history = []
        self.lock = threading.Lock()

    def load_all_configs(self):
        """加载所有配置"""
        config_dir = self.get_config_directory()

        for filename in os.listdir(config_dir):
            if filename.endswith('.yaml'):
                filepath = os.path.join(config_dir, filename)
                self.load_config_file(filepath)

    def get_config_directory(self):
        """获取配置目录"""
        return os.path.expanduser('~/.robot/configs')

    def load_config_file(self, filepath):
        """加载配置文件"""
        with self.lock:
            try:
                with open(filepath, 'r') as f:
                    config = yaml.safe_load(f)

                config_name = os.path.basename(filepath).replace('.yaml', '')
                self.configs[config_name] = config

                rospy.loginfo(f"Loaded configuration: {config_name}")

            except Exception as e:
                rospy.logerr(f"Failed to load config {filepath}: {e}")

    def save_config(self, name, description=""):
        """保存当前配置"""
        with self.lock:
            # 获取当前参数
            current_params = self.get_current_parameters()

            # 添加元数据
            config = {
                'metadata': {
                    'name': name,
                    'description': description,
                    'timestamp': datetime.now().isoformat(),
                    'ros_version': rospy.get_param('/rosdistro', 'unknown')
                },
                'parameters': current_params
            }

            # 保存到文件
            filepath = os.path.join(self.get_config_directory(), f"{name}.yaml")

            with open(filepath, 'w') as f:
                yaml.dump(config, f, default_flow_style=False)

            self.configs[name] = config

            rospy.loginfo(f"Configuration saved: {name}")
            return True

    def get_current_parameters(self):
        """获取当前参数"""
        params = {}

        # 获取所有参数
        for param_name in rospy.get_param_names():
            if not param_name.startswith('/rosout'):
                params[param_name] = rospy.get_param(param_name)

        return params

    def load_config(self, name):
        """加载配置"""
        with self.lock:
            if name not in self.configs:
                rospy.logerr(f"Configuration '{name}' not found")
                return False

            config = self.configs[name]

            # 保存当前配置到历史
            if self.current_config:
                self.config_history.append(self.current_config)

            # 应用新配置
            for param_name, value in config['parameters'].items():
                rospy.set_param(param_name, value)

            self.current_config = name

            rospy.loginfo(f"Configuration loaded: {name}")
            return True

    def update_from_dynamic(self, dynamic_config):
        """从动态配置更新"""
        # 将动态配置转换为参数
        for attr in dir(dynamic_config):
            if not attr.startswith('_'):
                value = getattr(dynamic_config, attr)
                rospy.set_param(f"~{attr}", value)

    def get_info(self):
        """获取配置信息"""
        info = {
            'current_config': self.current_config,
            'available_configs': list(self.configs.keys()),
            'history_size': len(self.config_history)
        }
        return json.dumps(info)


class ProfileManager:
    """配置档案管理器"""

    def __init__(self):
        self.profiles = {}
        self.current_profile = None
        self.load_default_profiles()

    def load_default_profiles(self):
        """加载默认档案"""

        # 性能模式
        self.profiles['performance'] = {
            'motion/max_speed': 5.0,
            'motion/acceleration': 2.0,
            'sensors/camera/fps': 60,
            'control/frequency': 100.0
        }

        # 节能模式
        self.profiles['power_saving'] = {
            'motion/max_speed': 1.0,
            'motion/acceleration': 0.5,
            'sensors/camera/fps': 15,
            'control/frequency': 10.0
        }

        # 精确模式
        self.profiles['precision'] = {
            'motion/max_speed': 0.5,
            'motion/acceleration': 0.2,
            'sensors/camera/fps': 30,
            'control/frequency': 50.0
        }

        # 安全模式
        self.profiles['safety'] = {
            'motion/max_speed': 0.3,
            'motion/acceleration': 0.1,
            'safety/obstacle_distance': 2.0,
            'safety/emergency_stop_distance': 0.5
        }

    def load_profiles(self):
        """加载用户档案"""
        profile_dir = os.path.expanduser('~/.robot/profiles')

        if os.path.exists(profile_dir):
            for filename in os.listdir(profile_dir):
                if filename.endswith('.yaml'):
                    filepath = os.path.join(profile_dir, filename)

                    with open(filepath, 'r') as f:
                        profile = yaml.safe_load(f)

                    profile_name = os.path.basename(filename).replace('.yaml', '')
                    self.profiles[profile_name] = profile

    def switch_profile(self, profile_name):
        """切换档案"""
        if profile_name not in self.profiles:
            rospy.logerr(f"Profile '{profile_name}' not found")
            return False

        profile = self.profiles[profile_name]

        # 应用档案参数
        for param_name, value in profile.items():
            rospy.set_param(f"~{param_name}", value)

        self.current_profile = profile_name

        rospy.loginfo(f"Switched to profile: {profile_name}")
        return True

    def create_profile(self, name, params):
        """创建新档案"""
        self.profiles[name] = params

        # 保存到文件
        profile_dir = os.path.expanduser('~/.robot/profiles')
        os.makedirs(profile_dir, exist_ok=True)

        filepath = os.path.join(profile_dir, f"{name}.yaml")

        with open(filepath, 'w') as f:
            yaml.dump(params, f, default_flow_style=False)

        rospy.loginfo(f"Profile created: {name}")


class AdaptationEngine:
    """自适应引擎"""

    def __init__(self):
        self.rules = []
        self.metrics = {}
        self.running = False
        self.thread = None

        self.setup_adaptation_rules()

    def setup_adaptation_rules(self):
        """设置自适应规则"""

        # 规则1:低电量时切换到节能模式
        self.add_rule(
            condition=lambda: self.get_metric('battery_level', 100) < 20,
            action=lambda: self.switch_to_profile('power_saving'),
            name="low_battery_rule"
        )

        # 规则2:高温时降低性能
        self.add_rule(
            condition=lambda: self.get_metric('temperature', 0) > 60,
            action=lambda: self.reduce_performance(),
            name="high_temperature_rule"
        )

        # 规则3:障碍物接近时降速
        self.add_rule(
            condition=lambda: self.get_metric('min_obstacle_distance', 10) < 1.0,
            action=lambda: self.reduce_speed(),
            name="obstacle_avoidance_rule"
        )

    def add_rule(self, condition, action, name=""):
        """添加自适应规则"""
        self.rules.append({
            'name': name,
            'condition': condition,
            'action': action,
            'last_triggered': None
        })

    def start(self):
        """启动自适应引擎"""
        self.running = True
        self.thread = threading.Thread(target=self.adaptation_loop)
        self.thread.daemon = True
        self.thread.start()

    def stop(self):
        """停止自适应引擎"""
        self.running = False
        if self.thread:
            self.thread.join()

    def adaptation_loop(self):
        """自适应循环"""
        while self.running and not rospy.is_shutdown():
            # 更新指标
            self.update_metrics()

            # 检查规则
            for rule in self.rules:
                try:
                    if rule['condition']():
                        # 避免频繁触发
                        now = rospy.Time.now()
                        if rule['last_triggered'] is None or 
                           (now - rule['last_triggered']).to_sec() > 5.0:

                            rospy.loginfo(f"Triggering adaptation rule: {rule['name']}")
                            rule['action']()
                            rule['last_triggered'] = now

                except Exception as e:
                    rospy.logerr(f"Error in adaptation rule {rule['name']}: {e}")

            rospy.sleep(1.0)

    def update_metrics(self):
        """更新系统指标"""
        # 从各种来源收集指标
        self.metrics['battery_level'] = self.get_battery_level()
        self.metrics['temperature'] = self.get_temperature()
        self.metrics['min_obstacle_distance'] = self.get_min_obstacle_distance()
        self.metrics['cpu_usage'] = self.get_cpu_usage()
        self.metrics['memory_usage'] = self.get_memory_usage()

    def get_metric(self, name, default=0):
        """获取指标值"""
        return self.metrics.get(name, default)

    def adapt(self, config):
        """根据配置触发自适应"""
        # 实现自适应逻辑
        pass

    def switch_to_profile(self, profile_name):
        """切换到指定档案"""
        rospy.loginfo(f"Adaptation: Switching to {profile_name} profile")
        # 实现档案切换

    def reduce_performance(self):
        """降低性能"""
        current_speed = rospy.get_param('~motion/max_speed', 1.0)
        new_speed = current_speed * 0.8
        rospy.set_param('~motion/max_speed', new_speed)
        rospy.loginfo(f"Adaptation: Reduced speed to {new_speed}")

    def reduce_speed(self):
        """降低速度"""
        rospy.set_param('~motion/max_speed', 0.3)
        rospy.loginfo("Adaptation: Speed reduced for obstacle avoidance")

    # 指标获取方法
    def get_battery_level(self):
        """获取电池电量"""
        return rospy.get_param('~battery_level', 100.0)

    def get_temperature(self):
        """获取温度"""
        return rospy.get_param('~temperature', 25.0)

    def get_min_obstacle_distance(self):
        """获取最近障碍物距离"""
        return rospy.get_param('~min_obstacle_distance', 10.0)

    def get_cpu_usage(self):
        """获取CPU使用率"""
        try:
            import psutil
            return psutil.cpu_percent()
        except:
            return 0.0

    def get_memory_usage(self):
        """获取内存使用率"""
        try:
            import psutil
            return psutil.virtual_memory().percent
        except:
            return 0.0


def main():
    try:
        system = IntelligentConfigSystem()
        rospy.spin()
    except rospy.ROSInterruptException:
        pass

if __name__ == '__main__':
    main()

10. 总结与展望

10.1 本文总结

通过本文的学习,你已经掌握了:

  1. 参数服务器原理:理解参数存储和共享机制
  2. 参数基本操作:C++和Python的参数读写方法
  3. 参数文件管理:YAML配置文件的使用
  4. 动态参数配置:运行时参数调整
  5. 参数命名空间:层次化参数组织
  6. Launch文件配置:启动文件中的参数设置
  7. 高级特性:缓存、监视、验证等
  8. 最佳实践:配置管理系统设计
  9. 实战应用:智能配置管理系统

10.2 关键要点回顾

概念要点最佳实践
参数类型支持基本类型和复合类型使用合适的数据结构
命名空间全局、相对、私有合理组织参数层次
动态配置运行时修改参数提供合理的参数范围
参数文件YAML格式配置分层管理配置文件
参数验证类型和范围检查设置默认值和边界
性能优化缓存和批量操作减少参数服务器访问

10.3 常见陷阱与解决方案

  1. 参数类型不匹配

    • 问题:C++和Python类型差异
    • 解决:使用XmlRpc处理复杂类型
  2. 参数更新延迟

    • 问题:参数改变不能立即生效
    • 解决:实现参数监听机制
  3. 命名空间混乱

    • 问题:参数路径不清晰
    • 解决:制定命名规范
  4. 配置文件冲突

    • 问题:多个配置源覆盖
    • 解决:定义优先级规则

10.4 下一步学习

在下一篇文章中,我们将学习:

  • 自定义消息类型:创建复杂的消息结构
  • 消息序列化:消息的编码和解码
  • 消息版本管理:处理消息演化
  • 性能优化:消息传输优化技巧

版权声明:本文为原创文章,转载请注明出处

💡 学习建议:参数管理是ROS系统配置的核心。建议先掌握基本的参数操作,再学习动态配置和配置管理系统。在实际项目中,合理的参数设计可以大大提高系统的灵活性和可维护性。


下一篇预告:《【ROS1从入门到精通】第7篇:消息类型自定义(打造专属通信协议)》

敬请期待!

本文地址:https://www.yitenyun.com/1179.html

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