ControllerManager详解

一、ControllerManager简介

ControllerManager是ROS中的一个核心组件，主要负责管理机器人中所有的控制器，是机器人控制的核心。

ControllerManager通过统一接口提供给用户控制机器人各个关节的位置、速度、加速度等命令，并且可以方便地添加或切换控制器，以便实现不同的控制策略。

在ROS控制系统中，ControllerManager是robot_control节点的一部分。

二、ControllerManager架构

ControllerManager架构主要包含以下三个部分:

1、ControlManager类：控制器管理类

2、ControllerLoader类：控制器加载类

3、Controller类：控制器模型类

三、ControlManager类详解

ControlManager类是ControllerManager的核心类，主要负责以下几个方面的工作:

1、管理所有Controller对象，包括加载和卸载Controller对象。

2、负责请求Controller对象来执行控制算法。

3、维护Controller对象集合，请注意每个Controller对象都是一个独立的线程。

class ControlManager
{
public:
  ControlManager(ros::NodeHandle& nh, ros::NodeHandle& pnh);
  virtual ~ControlManager();

  bool loadController(const std::string& name);
  bool unloadController(const std::string& name);
  bool switchController(const std::string& start, const std::string& stop);
  void update(const ros::Time& time, const ros::Duration& period);

private:
  typedef std::vector<boost::shared_ptr> ControllerVector;
  typedef std::map<std::string, boost::shared_ptr> ControllerMap;

  void clear();

  template 
  bool loadController(const std::string& name, const std::string& type, const ros::NodeHandle& nh, const ros::NodeHandle& pnh);

  std::string name_;
  ros::NodeHandle nh_;
  ros::NodeHandle pnh_;
  std::string robot_namespace_;
  std::string joint_state_topic_;

  ros::Subscriber state_sub_;

  ControllerVector controllers_;
  ControllerMap running_;
  ControllerMap loaded_;
  ros::Duration publish_period_;
  ros::Time publish_time_;

  std::vector<std::function> custom_start_stop_requests_;
  std::vector<boost::function> controller_change_callbacks_;
};

四、ControllerLoader类详解

ControllerLoader类主要负责控制器的加载工作，它提供了从插件目录加载控制器的方法。

此外，ControllerLoader还定义了Controller对象的标识符，这个标识符是Controller名称和Controller类型组合而成的字符串。

class ControllerLoader
{
public:
  ControllerLoader(const std::string& name, const std::string& type,
                   const std::vector& interfaces,
                   const ros::NodeHandle& nh, const ros::NodeHandle& pnh);
  virtual ~ControllerLoader() {}

  std::string getName() const { return name_; }
  std::string getType() const { return type_; }
  std::vector getInterfaces() const { return interfaces_; }
  BaseControllerPtr createInstance();

private:
  std::string name_;
  std::string type_;
  std::vector interfaces_;
  ros::NodeHandle nh_;
  ros::NodeHandle pnh_;
};

五、Controller类详解

Controller类是ControllerManager中最核心的组件之一，它是与机器人关节接口的一种实现。

Controller类提供了以下几个方面的功能：

1、接收来自ControlManager的命令，执行关节的运动控制

2、提供接口以接收控制命令并获取机器人状态

3、提供接口查询当前控制状态

class ControllerBase
{
public:
  ControllerBase() {}
  virtual ~ControllerBase() {}

  virtual std::string getJointName() const = 0;
  virtual std::string getJointGroupName() const = 0;

  virtual bool init(hardware_interface::JointHandle joint_handle,
                    ros::NodeHandle& controller_nh) = 0;
  virtual void starting(const ros::Time& time) = 0;
  virtual void update(const ros::Time& time, const ros::Duration& period) = 0;
  virtual void stopping(const ros::Time& time) = 0;
};

六、ControllerManagerInterface类简介

ControllerManagerInterface类是提供ControllerManager服务的接口类，它定义了所有可供 ControllerManager 着手使用的API。

class ControllerManagerInterface
{
public:
  virtual ~ControllerManagerInterface() {}

  virtual void loadController(const std::string& name) = 0;
  virtual void unloadController(const std::string& name) = 0;
  virtual std::vector listLoadedControllers() = 0;
  virtual std::vector listRunningControllers() = 0;
  virtual bool switchController(const std::string& start, const std::string& stop) = 0;
  virtual boost::shared_ptr getTime() = 0;
  virtual bool waitForRunning(const ros::Duration& timeout) = 0;
  virtual ros::Time getTimeOfLastControlLoop() = 0;

  template 
  void advertiseCommand(const std::string& name, unsigned int command_queue_size);
  template 
  void advertiseState(const std::string& name, unsigned int state_queue_size);
  template 
  void setCommand(const std::string& name, const MsgType& command_msg);
  template 
  boost::shared_ptr getState(const std::string& name);
};

七、总结

以上是对ControllerManager的详细阐述，ControllerManager是ROS机器人控制中最为核心和基础的组件之一，它实现了控制器的管理、控制器的加载以及机器人关节控制功能。

通过以上介绍，你可以了解到如何使用ControllerManager更高效地实现机器人的控制，以及可能出现的问题和应对方法。

ControllerManager是ROS机器人控制的有力保障，它使机器人控制更简单、更规范、更易于维护。