環境

この記事は以下の環境で動いています。

項目	値
CPU	Core i5-8250U
Ubuntu	20.04
ROS	Noetic

インストールについてはROS講座02 インストールを参照してください。
またこの記事のプログラムはgithubにアップロードされています。ROS講座11 gitリポジトリを参照してください。

概要

ROSのノードは「入力の本数」と「出力のタイミング」を考えると以下の表のように分類できます。ここの名称は独自の物なので注意。

	出力は一定周期	出力は入力に合わせたタイミング
入力が1つ	(1)タイマー駆動	(2)イベント駆動
入力が複数	(1)タイマー駆動	(3)片側イベント駆動 or (4)message_filter

(1)タイマー駆動型
main関数の中のfor文が一定周期で回っているorタイマーが動いていてその中でメインの処理が動いています。入力をいったんバッファして、そのバッファの値を使って処理します。入力が無くても一定周期で出力を行います。

〇入力はどうであれ一定の周期で出力を行いたい
×入力がないときでも処理負荷をもってしまう
×入力から出力までに遅延が発生する（複数のノードをつなげると無視できない大きさになります）

(2)イベント駆動型
main関数の中のfor文の中身はほとんどなく、subscriberのCallback関数でほとんどの処理を行います。

〇入力したら即座に反応して出力する
〇入力が無いときは処理しない
×入力の周期やタイミングによって動作が不安定になる

(3)片側イベント駆動型
イベント駆動っぽく動かしたいが、複数の入力に対応するものです。特定の1つの入力が来た時に処理を行います。他の入力はバッファリングをして最新のデータを利用します。

(4)message_filter
ほぼ定期的な複数の入力が来た時に「いい感じ」のタイミングで処理を行います。

(1)タイマー駆動型の例

adv_lecture/src/adv_nodetype_timer_driven.cpp

#include <geometry_msgs/PointStamped.h>
#include <ros/ros.h>

geometry_msgs::PointStamped input1_last;
void input1_callback(const geometry_msgs::PointStamped& point_msg)
{
  input1_last = point_msg;
}

geometry_msgs::PointStamped input2_last;
void input2_callback(const geometry_msgs::PointStamped& point_msg)
{
  input2_last = point_msg;
}

float hz = 10;
int main(int argc, char** argv)
{
  ros::init(argc, argv, "adv_nodetype_timerdriven");
  ros::NodeHandle nh;
  ros::NodeHandle pnh("~");
  ros::Publisher output_pub = nh.advertise<geometry_msgs::PointStamped>("output", 10);
  ros::Subscriber input1_sub = nh.subscribe("input1", 10, input1_callback);
  ros::Subscriber input2_sub = nh.subscribe("input2", 10, input2_callback);
  pnh.getParam("hz", hz);

  ros::Rate loop_rate(hz);
  while (ros::ok())
  {
    geometry_msgs::PointStamped point_msg;

    point_msg.point.x = input1_last.point.x + input2_last.point.x;
    output_pub.publish(point_msg);

    ros::spinOnce();
    loop_rate.sleep();
  }
  return 0;
}

出力周期を決めるhzというparamがあると便利です。

入力にかかわらず一定周期で出力します。

(2)イベント駆動型の例

adv_lecture/src/adv_nodetype_event_driven.cpp

#include <ros/ros.h>
#include <geometry_msgs/PointStamped.h>

ros::Publisher output_pub;
void input1_callback(const geometry_msgs::PointStamped& point_msg)
{
  output_pub.publish(point_msg);
}

int main(int argc, char** argv)
{
  ros::init(argc, argv, "adv_nodetype_event_driven");
  ros::NodeHandle nh;
  ros::NodeHandle pnh("~");
  output_pub = nh.advertise<geometry_msgs::PointStamped>("output", 10);
  ros::Subscriber input1_sub = nh.subscribe("input1", 10, input1_callback);

  ros::spin();
  return 0;
}

出力のpublisherをグローバル空間で宣言する必要があります。

入力が来たタイミングで出力を行います。

(3)片側イベント駆動型

adv_lecture/src/adv_nodetype_semi_event_driven.cpp

#include <geometry_msgs/PointStamped.h>
#include <ros/ros.h>

geometry_msgs::PointStamped input2_last;
void input2_callback(const geometry_msgs::PointStamped& point_msg)
{
  input2_last = point_msg;
}

ros::Publisher output_pub;
void input1_callback(const geometry_msgs::PointStamped& point_msg)
{
  geometry_msgs::PointStamped point_data;
  point_data.point.x = point_msg.point.x + input2_last.point.x;
  output_pub.publish(point_data);
}

int main(int argc, char** argv)
{
  ros::init(argc, argv, "adv_nodetype_semi_event_driven");
  ros::NodeHandle nh;
  ros::NodeHandle pnh("~");
  output_pub = nh.advertise<geometry_msgs::PointStamped>("output", 10);
  ros::Subscriber input1_sub = nh.subscribe("input1", 10, input1_callback);
  ros::Subscriber input2_sub = nh.subscribe("input2", 10, input2_callback);

  ros::spin();
  return 0;
}

片側の入力（ここではinput1）のタイミングに合わせて出力します。

(4)message_filter

message_filterはrosの機能でROSトピックのheaderの時間を見て時間が近いものをリンクしてsubscriberを起動する機能です。message_filterを使用するにはトピックは全てheaderを持っている型でないといけません。

/adv_nodetype_message_filter.cpp

#include <geometry_msgs/PointStamped.h>
#include <message_filters/subscriber.h>
#include <message_filters/sync_policies/approximate_time.h>
#include <ros/ros.h>

ros::Publisher output_pub;
void sync_callback(const geometry_msgs::PointStamped& point1_msg, const geometry_msgs::PointStamped& point2_msg)
{
  geometry_msgs::PointStamped point_msg;
  point_msg.header.stamp = ros::Time::now();
  point_msg.point.x = point1_msg.point.x + point2_msg.point.x;
  output_pub.publish(point_msg);
}
typedef message_filters::sync_policies::ApproximateTime<geometry_msgs::PointStamped, geometry_msgs::PointStamped>
    MySyncPolicy;
int main(int argc, char** argv)
{
  ros::init(argc, argv, "adv_nodetype_message_filter");
  ros::NodeHandle nh;
  ros::NodeHandle pnh("~");
  output_pub = nh.advertise<geometry_msgs::PointStamped>("output", 10);

  message_filters::Subscriber<geometry_msgs::PointStamped> point_sub1(nh, "input1", 10);
  message_filters::Subscriber<geometry_msgs::PointStamped> point_sub2(nh, "input2", 10);
  message_filters::Synchronizer<MySyncPolicy> sync(MySyncPolicy(10), point_sub1, point_sub2);
  sync.registerCallback(&sync_callback);

  printf("start\n");
  ros::spin();
  return 0;
}