ROS2
On this page
7. 参数系统与 Launch 文件
现在有好几个节点，每次启动要开多个终端，连杆长度散落在每个文件里。这一讲用参数系统集中管理配置，用 Launch 文件一键启动整个系统。
前言：系统变复杂了
经过前几讲，我们已经有了好几个节点：
kinematics_publisher：发布关节角kinematics_subscriber：订阅并验证ik_service_node：IK 服务端move_to_action_server：Action 服务端
每次启动都要开 4 个终端，每个终端都要 source install/setup.bash，连杆长度 L1=1.0, L2=0.8 散落在每个文件里。
改一次连杆长度，要改 4 个文件。这不是工程，这是噩梦。
参数系统解决"配置散落"的问题，Launch 文件解决"多终端启动"的问题。
7.1 ROS2 参数系统
7.1.1 参数是什么
参数是节点在运行时可读写的键值对，支持的类型包括：
| 类型 | 示例 |
|---|---|
bool | True / False |
int | 10 |
double | 1.0 |
string | "base_link" |
list | [1.0, 0.8] |
7.1.2 在节点中声明和读取参数
class KinematicsPublisher(Node):
def __init__(self):
super().__init__('kinematics_publisher')
# 第一步：声明参数（名称，默认值）
self.declare_parameter('l1', 1.0)
self.declare_parameter('l2', 0.8)
self.declare_parameter('publish_rate', 1.0)
# 第二步：读取参数值
self.L1 = self.get_parameter('l1').value
self.L2 = self.get_parameter('l2').value
rate = self.get_parameter('publish_rate').value
self.timer = self.create_timer(1.0 / rate, self.timer_callback)
self.get_logger().info(f'参数: L1={self.L1}, L2={self.L2}, 频率={rate}Hz')
必须先 declare_parameter 再 get_parameter，否则会报错。
7.1.3 启动时通过命令行传参
ros2 run my_robot_basics kinematics_publisher \
--ros-args -p l1:=1.2 -p l2:=1.0 -p publish_rate:=2.0
-p 参数名:=值 是命令行传参的格式。
7.1.4 运行时动态修改参数
节点运行时，可以在另一个终端动态修改参数：
# 查看节点的所有参数
ros2 param list /kinematics_publisher
# 读取某个参数
ros2 param get /kinematics_publisher l1
# 修改参数（立即生效，如果节点支持的话）
ros2 param set /kinematics_publisher publish_rate 5.0
7.2 参数回调——响应动态修改
默认情况下，get_parameter 只在节点启动时读取一次。如果想让节点响应运行时的参数修改，需要注册回调：
from rcl_interfaces.msg import SetParametersResult
class KinematicsPublisher(Node):
def __init__(self):
super().__init__('kinematics_publisher')
self.declare_parameter('publish_rate', 1.0)
# add_on_set_parameters_callback：注册参数变化监听器
# 每当有人调用 ros2 param set 修改参数时，param_callback 会被调用
# 注意：默认情况下 get_parameter() 只在启动时读取一次，不会自动响应修改
# 只有注册了这个回调，节点才能在运行时响应参数变化
self.add_on_set_parameters_callback(self.param_callback)
rate = self.get_parameter('publish_rate').value
self.timer = self.create_timer(1.0 / rate, self.timer_callback)
def param_callback(self, params):
# params：本次被修改的参数列表（可能同时修改多个）
for param in params:
if param.name == 'publish_rate' and param.value > 0:
# 取消旧定时器，用新频率创建新定时器
# cancel() 停止定时器但不销毁节点，下次 create_timer 会替换它
self.timer.cancel()
self.timer = self.create_timer(1.0 / param.value, self.timer_callback)
self.get_logger().info(f'发布频率已更新为 {param.value} Hz')
# 必须返回 SetParametersResult，successful=True 表示接受这次修改
# 如果返回 successful=False，ros2 param set 会报错，参数不会被修改
return SetParametersResult(successful=True)
7.3 YAML 参数文件
7.3.1 为什么需要 YAML
当参数超过 3 个，命令行传参就很繁琐。YAML 文件让配置集中管理、版本可追踪。
7.3.2 创建配置目录和文件
mkdir -p $ROS_WS/src/my_robot_basics/config
vim $ROS_WS/src/my_robot_basics/config/robot_params.yaml
# robot_params.yaml
# 节点名必须和代码里 super().__init__('节点名') 一致
kinematics_publisher:
ros__parameters:
l1: 1.0
l2: 0.8
publish_rate: 1.0
ik_service_node:
ros__parameters:
l1: 1.0
l2: 0.8
move_to_action_server:
ros__parameters:
l1: 1.0
l2: 0.8
simulate_steps: 5
step_duration: 0.5
注意：YAML 里的键名是 ros__parameters（双下划线），不是单下划线。
7.3.3 让 YAML 文件随包安装
在 setup.py 的 data_files 里加入：
data_files=[
('share/ament_index/resource_index/packages',
['resource/' + package_name]),
('share/' + package_name, ['package.xml']),
('share/' + package_name + '/config', ['config/robot_params.yaml']), # 新增
],
7.3.4 通过命令行加载 YAML
ros2 run my_robot_basics kinematics_publisher \
--ros-args --params-file $ROS_WS/src/my_robot_basics/config/robot_params.yaml
7.4 Launch 文件
7.4.1 Launch 文件是什么
Launch 文件是一个 Python 脚本，描述"系统由哪些节点组成、怎么启动"。
一条命令
↓
ros2 launch my_robot_basics demo.launch.py
↓
同时启动：kinematics_publisher + ik_service_node + move_to_action_server
↓
所有节点共享同一份参数配置
7.4.2 创建 Launch 目录
mkdir -p $ROS_WS/src/my_robot_basics/launch
vim $ROS_WS/src/my_robot_basics/launch/demo.launch.py
7.4.3 最小 Launch 文件
# launch/demo.launch.py
# 运行方式：ros2 launch my_robot_basics demo.launch.py
import os
from ament_index_python.packages import get_package_share_directory
from launch import LaunchDescription
from launch_ros.actions import Node
def generate_launch_description():
# get_package_share_directory()：获取包安装后的 share 目录路径
# 不能用相对路径，因为 ros2 launch 的工作目录不固定
# 包安装后，config 文件会被复制到 install/<pkg>/share/<pkg>/config/
# 这个函数返回的就是那个路径，确保无论从哪里启动都能找到文件
config = os.path.join(
get_package_share_directory('my_robot_basics'),
'config',
'robot_params.yaml'
)
return LaunchDescription([
# 关节角发布节点
Node(
package='my_robot_basics', # 包名，对应 setup.py 里的 package_name
executable='kinematics_publisher', # 入口点名，对应 console_scripts 里的键
name='kinematics_publisher', # 运行时节点名，覆盖代码里 super().__init__() 的名字
parameters=[config], # 加载 YAML 参数文件，节点启动时自动读取
output='screen', # 日志输出到当前终端，不写则只存文件
),
# IK 服务节点
Node(
package='my_robot_basics',
executable='ik_service_node',
name='ik_service_node',
parameters=[config],
output='screen',
),
# Action 服务节点
Node(
package='my_robot_basics',
executable='move_to_action_server',
name='move_to_action_server',
parameters=[config],
output='screen',
),
])
7.4.4 注册 Launch 文件
在 setup.py 的 data_files 里加入：
('share/' + package_name + '/launch', ['launch/demo.launch.py']), # 新增
7.4.5 构建并运行
cd $ROS_WS
colcon build --packages-select my_robot_basics
source install/setup.bash
# 一键启动所有节点
ros2 launch my_robot_basics demo.launch.py
所有节点的日志会混合输出到同一个终端，每行前面有节点名前缀，方便区分。
7.5 Launch 进阶——参数覆盖与条件启动
7.5.1 在 Launch 中覆盖单个参数
有时候想在 YAML 基础上临时调高某个节点的发布频率，不需要改 YAML 文件，直接在 Launch 里覆盖即可。
编辑 demo.launch.py：
vim $ROS_WS/src/my_robot_basics/launch/demo.launch.py
把 kinematics_publisher 的 Node(...) 改为：
Node(
package='my_robot_basics',
executable='kinematics_publisher',
name='kinematics_publisher',
parameters=[
config, # 先加载 YAML（l1=1.0, l2=0.8, publish_rate=1.0）
{'publish_rate': 2.0}, # 再覆盖单个参数，最终生效值是 2.0
],
output='screen',
),
parameters 是列表，后面的字典会覆盖前面 YAML 里的同名参数，其余参数保持 YAML 的值不变。
7.5.2 通过命令行向 Launch 传参
如果想在启动时灵活指定频率，而不是每次都改文件，可以给 Launch 文件声明参数。
编辑 demo.launch.py：
vim $ROS_WS/src/my_robot_basics/launch/demo.launch.py
在文件顶部的 import 区域追加两行：
from launch.actions import DeclareLaunchArgument
from launch.substitutions import LaunchConfiguration
然后把 generate_launch_description() 改为：
def generate_launch_description():
config = os.path.join(
get_package_share_directory('my_robot_basics'),
'config',
'robot_params.yaml'
)
# 声明 Launch 参数：名称、默认值、描述
# 用户可以在 ros2 launch 命令后用 key:=value 覆盖默认值
rate_arg = DeclareLaunchArgument(
'publish_rate',
default_value='1.0',
description='关节角发布频率（Hz）'
)
return LaunchDescription([
rate_arg, # 必须放在 LaunchDescription 里才会生效
Node(
package='my_robot_basics',
executable='kinematics_publisher',
name='kinematics_publisher',
parameters=[
config,
# LaunchConfiguration('publish_rate') 在运行时读取命令行传入的值
{'publish_rate': LaunchConfiguration('publish_rate')},
],
output='screen',
),
Node(
package='my_robot_basics',
executable='ik_service_node',
name='ik_service_node',
parameters=[config],
output='screen',
),
Node(
package='my_robot_basics',
executable='move_to_action_server',
name='move_to_action_server',
parameters=[config],
output='screen',
),
])
启动时传参：
# 使用默认频率 1.0 Hz
ros2 launch my_robot_basics demo.launch.py
# 覆盖为 5.0 Hz
ros2 launch my_robot_basics demo.launch.py publish_rate:=5.0
修改完后重新构建：
cd $ROS_WS
colcon build --packages-select my_robot_basics
source install/setup.bash
7.5.3 包含另一个 Launch 文件
当系统变大，可以把 Launch 拆成多个文件再组合：
from launch.actions import IncludeLaunchDescription
from launch.launch_description_sources import PythonLaunchDescriptionSource
IncludeLaunchDescription(
PythonLaunchDescriptionSource([
get_package_share_directory('my_robot_basics'),
'/launch/sensors.launch.py'
])
)
7.6 完整 setup.py 参考
经过本讲的修改，setup.py 的 data_files 应该是这样的：
data_files=[
('share/ament_index/resource_index/packages',
['resource/' + package_name]),
('share/' + package_name, ['package.xml']),
('share/' + package_name + '/config', ['config/robot_params.yaml']),
('share/' + package_name + '/launch', ['launch/demo.launch.py']),
],
7.7 常见错误
7.7.1 错误一：参数没有生效
症状：节点启动后打印的参数值还是默认值。
排查：
# 确认参数文件路径正确
ros2 param list /kinematics_publisher
# 确认 YAML 里的节点名和代码里的节点名完全一致
# YAML 顶层键 == super().__init__('节点名') 里的字符串
7.7.2 错误二：Launch 找不到参数文件
FileNotFoundError: .../config/robot_params.yaml
原因：data_files 里没有包含 config 目录，或者构建后没有重新 source。
colcon build --packages-select my_robot_basics
source install/setup.bash
7.7.3 错误三：忘记 declare_parameter
rclpy.exceptions.ParameterNotDeclaredException: Parameter 'l1' is not declared
必须先声明再读取：
# 正确顺序
self.declare_parameter('l1', 1.0) # 先声明
self.L1 = self.get_parameter('l1').value # 再读取
7.8 练习题
7.8.1 练习 1：参数化 kinematics_publisher
修改 kinematics_publisher.py，把 L1、L2、publish_rate 改为参数，启动时打印读取到的参数值。
参考答案：见 7.1.2 的代码示例。
7.8.2 练习 2：用 YAML 统一管理参数
创建 config/robot_params.yaml，把所有节点的参数集中写入，通过 Launch 文件加载。
验证方法：
ros2 launch my_robot_basics demo.launch.py
# 观察各节点启动日志，确认参数值和 YAML 一致
7.8.3 练习 3：给 Launch 添加命令行参数
修改 demo.launch.py，支持通过命令行传入 l1 和 l2，覆盖 YAML 中的默认值：
ros2 launch my_robot_basics demo.launch.py l1:=1.5 l2:=1.0
本讲核心总结
| 概念 | 一句话理解 |
|---|---|
| 参数声明 | declare_parameter(名称, 默认值)，必须在 get_parameter 之前调用 |
| YAML 参数文件 | 顶层键是节点名，ros__parameters 下是参数键值对 |
| Launch 文件 | Python 脚本，描述系统由哪些节点组成，一键启动 |
get_package_share_directory | 获取包的安装目录，用于定位 config/launch 文件 |
data_files | setup.py 里声明需要安装的非 Python 文件（config、launch） |
| 参数覆盖 | Launch 中可以先加载 YAML，再用字典覆盖单个参数 |
参考代码
本讲对应的完整参考代码位于：
ros_ws/reference/src/my_robot_basics/
├── config/robot_params.yaml ← 7.3 YAML 参数文件
└── launch/demo.launch.py ← 7.4 Launch 文件
使用方式：
mkdir -p $ROS_WS/src/my_robot_basics/config
mkdir -p $ROS_WS/src/my_robot_basics/launch
cp $ROS_WS/reference/src/my_robot_basics/config/robot_params.yaml \
$ROS_WS/src/my_robot_basics/config/
cp $ROS_WS/reference/src/my_robot_basics/launch/demo.launch.py \
$ROS_WS/src/my_robot_basics/launch/
同时参考 reference/src/my_robot_basics/setup.py 中 data_files 的写法，确认 config 和 launch 目录已注册。
下一讲预告
8. tf2 坐标变换管理
现在我们的节点能通信、能配置、能一键启动了。但机械臂的坐标系关系还散落在运动学函数里，没有接入 ROS2 的坐标系管理系统。
下一讲我们会：
- 理解 tf2 为什么是机器人系统的核心基础设施
- 用
TransformBroadcaster把关节角变成坐标系广播 - 用
TransformListener查询任意两个坐标系之间的变换 - 在 RViz2 里第一次看到机械臂的坐标系树动起来