ControllerManager詳解

一、ControllerManager簡介

ControllerManager是ROS中的一個核心組件，主要負責管理機器人中所有的控制器，是機器人控制的核心。

ControllerManager通過統一介面提供給用戶控制機器人各個關節的位置、速度、加速度等命令，並且可以方便地添加或切換控制器，以便實現不同的控制策略。

在ROS控制系統中，ControllerManager是robot_control節點的一部分。

二、ControllerManager架構

ControllerManager架構主要包含以下三個部分:

1、ControlManager類：控制器管理類

2、ControllerLoader類：控制器載入類

3、Controller類：控制器模型類

三、ControlManager類詳解

ControlManager類是ControllerManager的核心類，主要負責以下幾個方面的工作:

1、管理所有Controller對象，包括載入和卸載Controller對象。

2、負責請求Controller對象來執行控制演算法。

3、維護Controller對象集合，請注意每個Controller對象都是一個獨立的線程。

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類詳解

ControllerLoader類主要負責控制器的載入工作，它提供了從插件目錄載入控制器的方法。

此外，ControllerLoader還定義了Controller對象的標識符，這個標識符是Controller名稱和Controller類型組合而成的字元串。

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類詳解

Controller類是ControllerManager中最核心的組件之一，它是與機器人關節介面的一種實現。

Controller類提供了以下幾個方面的功能：

1、接收來自ControlManager的命令，執行關節的運動控制

2、提供介面以接收控制命令並獲取機器人狀態

3、提供介面查詢當前控制狀態

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類簡介

ControllerManagerInterface類是提供ControllerManager服務的介面類，它定義了所有可供 ControllerManager 著手使用的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、總結

以上是對ControllerManager的詳細闡述，ControllerManager是ROS機器人控制中最為核心和基礎的組件之一，它實現了控制器的管理、控制器的載入以及機器人關節控制功能。

通過以上介紹，你可以了解到如何使用ControllerManager更高效地實現機器人的控制，以及可能出現的問題和應對方法。

ControllerManager是ROS機器人控制的有力保障，它使機器人控制更簡單、更規範、更易於維護。