移动机器人软件框架构思.pdf-资料库

RoboMaster⼯个阶、PPT后从11⽉到1⽉ computer上 MCU上⻅RoboRTS和RoboRTS-Firmware，了Driver、Perception、Decision-Making、Planning部中RoboRTS运，RoboRTS-Frimware运在on-board 现Control部下RoboRTS是新feature的为Driver、Perception、Decision-Making、Planning、Control五 ├── cmake ├── common ├── docs ├── modules └── tools 程师移动机器⼈软件框架构思对于软件系统设计⽽⾔，我们⼀点经验都没有，刚开始的时候根本⽆从下⼿，看了很多开源框架就开始慢慢着⼿了。这个阶段的思想⾄关重要，最后框架的样⼦完全由你这段的思想决定。份下旬，我们花了两个半⽉的时间来搭⾃动⻋的软件框架，除了通信以外，基本完成了⾃动机器⼈软件系统框架的搭建与算法的重构，项⽬代码其⾏，主要实现分⾏在，主要实分。下⾯主要谈⼀实现思路，能⼒有限，欢迎批评指正〜⽂件⽬录如果⽂件⽬录前期没有定好，后期添加时候就会显得⾮常乱、思路不清晰，导致同事或⽤户难以理解。机器⼈相关算法⼀般分个模块，如下图所⽰思路清晰了，⽂件的⽬录也就很容易搭出来，⼀级⽬录如下

含.cmake⽂ cmake包 tools包；common下；modules下 ├── decision ├── driver │ ├── camera │ └── serial ├── perception │ ├── detection │ │ ├── armor_detection │ │ │ ├── constraint_set │ │ └── util │ ├── localization │ │ ├── amcl │ └── map │ └── costmap ├── planning │ ├── global_planner │ │ ├── a_star_planner │ └── local_planner │ └── timed_elastic_band └── stream ├── messages │ ├── action │ └── msg └── tf_tree 过std::condition_variable来 planner、local planner这 Decision模。localization、detection、global ，Driver、Perception、Planning模⽤publish/subscribe来，Decision和 actionlib来了ROS的publish/subscribe、actionlib等件，⽤于查找第三⽅依赖库是⼀些共有的代码，⽐如读取⽂件、测试时间等；含⼀些启动脚本、常⽤⼯具等就是上图所⽰的各个模块整体架构整体的架构主要是指各模块之间如何衔接、数据流如何传输等。模块衔接我们主要聚焦在于如何实现每个模块单独控制，每个模块都可以⾃由实现开启、暂停、终⽌等操作。我们的模块控制是通实现的，代码也很简单，就不多说了些模块什么时候运⾏、什么时候暂停可以⾃由控制后，⻋体的状态也就增加了，这样块才能更加灵活。数据传输我们没有时间也没有能⼒来设计⼀套通讯框架，所以暂时还是利⽤基本功能块间是通讯的其他模块间的通讯是⽤完成的，各模块的数据流如下图所⽰：

以detection模到camera，如mapping、detection、recognition等开camera了个sensor，个camera的个camera时 1. 很 2. 存 3. 如 Detection这我们块为例，⼤概说⼀下单个模块的构架。我们设计这部分的框架时主要考虑以下⼏个⽅⾯：多算法中都会⽤⽐，那我们就不能像之前写程序那样直接在某个算法的程序中打，⽽需要把摄像头看做⼀写⼀驱动；在多，如何实现快速切换数据？何把驱动、算法、⽤户等各层解耦。块主要由驱动、缓存、算法、⽤户四个层构成，如下图，其中⽤户层和算法层是所有模块都应当有的。第⼀层：驱动层。我们⽤四个线程来读取四个相机，分别获得图像；

双buﬀer容器)，个buﬀer中个buﬀer中双buﬀer容如buﬀer_10、buﬀer_11共把camera_id传间+算应camera的的detection算过".xml"或者".prototxt"等的detection算的detection算考RoboRTS/common/example。 Tricks C++和python是的feature甚度Apollo的把ROS的 #define MAIN(RRTS_CLASS,module_name) \ int main(int argc, char **argv){ \ rrts::common::GLogWrapper glog_wrapper(argv[0]); \ signal(SIGINT, SignalHandler); \ signal(SIGTERM,SignalHandler); \ ros::init(argc, argv, module_name, ros::init_options::NoSigintHandler); \ RRTS_CLASS rrts(module_name); \ rrts.Run(); \ return 0; \ } RRTS类块node类 test_node.h中，TestNode必承RRTS class TestNode : public rrts::common::RRTS { public: TestNode ( std::string name); ~TestNode (); private: ros::NodeHandle nh_; ros::Subscriber sub_; }; 在test_node.cpp的加MAIN即第⼆层：缓存层。把每个相机的图像放到⼀个器（颜⾊相同的⽅框，同组成⼀个第⼀帧放到第⼀，第⼆帧放到第⼆，往复循环。设计该层的⽬的是为了使得相机读取和算法处理同时进⾏，如果没有该层，算法在执⾏之前必须先读取图像，这样每⼀轮的时间就等于读取图像的时法处理时间，做⼀个缓冲层，就可以让图像读取和算法处理并⾏；第三层：算法层。算法层这⾥只需要声明缓冲层的⼀个对象，然后进缓冲层中的图像获取函数接⼝就可以得到相最新图像了，之后你就可以⽤该图像做滤波、特征提取等⼀系列处理。这⼀层要⽤到⼯⼚类来注册所有法。第四层：⽤户层。⽤户层这⾥可以通配置⽂件来选择⽤哪⼀种算法。⽐如某同学觉得前任队友写法不够完美，就重写⼀种算法，将其注册进算法⼯⼚，然后只需要在⽤户层这⾥改⼀下配置⽂件就可以将前任队友写法替换成⾃⼰的算法了。具体的代码实例可以参完全不同的，很多想法实现起来⾮常困难，有⾄要花费好⼏天的时间来完成，举⼏个例⼦：⼊⼝函数这块参考了百实现过程，主要想初始化、启动消息回调、等待终⽌信号等操作统⼀放在⼀起是所有模的基类，举个栗⼦须继尾部添可，如下所⽰

TestNode::TestNode (std::string name):RRTS::RRTS (name)) { //加 } MAIN(rrts::common::TestNode ,"test_node" ); 在node类 caﬀe、MXnet等了ROS的 1. 如者std::function就 2. 当 3. 如了Apollo、：1. ⼯；2. 动态library，⽤lambda表⽤std::placeholder_template+可板 __VA_ARGS__ +变⻅RoboRTS 有A*和Dijkstra两 rrts::common::REGISTER_ALGORITHM (GlobalPlannerBase , "a_star_planner" , AStarPlanner , std::shared_ptr ); global_planner_ptr_ = rrts::common::AlgorithmFactory ::CreateAlgorithm (selected_algorithm_ , costmap_ptr_ ); NOTICE机些log来印log，了detection的接 std::out << "msg" << std::endl ; ，置ﬂag，：1. 设 if else来太low了；2. 利量std::condition_variable来；3. 利这样每个模块的⼊⼝函数就统⼀了，然后的构造函数中创建新的⼦线程，在⼦线程中实现对应的算法。⼯⼚类前期想实现这样⼀个功能：给每个模块写⼀个⽤户层，⽤户层可以⽅便选择调⽤该模块所有的算法，这样就可以把算法和⽤户层解耦。听起来貌似很简单，但想要优雅的实现，也有⼀定的困难。在着⼿之前，我看⼤型项⽬的⼯⼚类实现，也看插件机制实现⽅式。发现⼀般有两种实现⽅式⼚类，每个模块下的所有算法都⽤都⽤这个⼯⼚类注册，然后就可以⽤该⼯⼚⽣产已经注册的算法态链接库的调⽤，也就是继承机制，给所有的算法⼀个共同的基类，然后把所有的算法编译成动在⽤户层调⽤算法的接⼝函数。动态链接库的缺点在于不⽅便调试，最后就选了⼯⼚类的实现⽅式。⼯⼚⽅法其实是设计模式⾥最常⻅的⼀种模式，这⾥主要记录⼀下在研发的过程中遇到的⼏个问题。何把类的内存分配转移到创建算法阶段，⽽不在注册阶段分配内存？其实很简单，⼀般达式或可以实现。类的构造函数参数个数、类型不确定时，是否可以调⽤同⼀个⼯⼚注册？这个问题我想了很久，看了很多代码，感觉实现的都不是很好，最后变参数模参模板参数包的⽅法实现了，感觉优点复杂，不知道还有没有其他更好的实现⽅式，迫于时间问题，没有继续深究。何实现⼀个单例模式？实现过程其实很简单，需要注意的是⽗类指针和⼦类的指针⼀定要搞清楚，不然很可能创建了多个单例，这样⽆论注册了多少算法，还是⽆法创建已经注册的算法。详细的代码以全局路径规划为例，我们种算法，我只需要在算法对应的头⽂件中将函数注册到算法⼯⼚中，如：这样我就可以在全局路径规划的⽤户层中进⾏调⽤制有很多时候我们需要在⼀个循环中打⽐如：在摄像头驱动没有开启前开启算法，此时我想要打⼀提醒⽤户开启摄像头驱动，当然你可以在循环中直然后这条消息就⼀直在屏幕上疯狂刷新，能不能在循环中只执⾏⼀次该语句？当时想到有三种⽅法然后⽤实现，感觉这样⽤条件变实现⽤宏定义。我觉得最有效、最通⽤的⼿段就是宏定义，代码如下：载参数、选择算法、开启⼦线程等⼀系列操作

#define NOTICE(text) { \ static bool flag = true; \ if(flag) { \ std::cout << text << std::endl; \ flag = false; \ } \ } \ ⽤ NOTICE(“ 你息”) 就 while(flag) { if(!img.empty()) { NOTICE("Begin to detect xxx!" ) 开 } else } NOTICE("Waiting for run camera driver..." ) 的NOTICE消现glog中 #define SOME_KIND_OF_LOG_FIRST_N(severity, n, what_to_do) \ static int LOG_OCCURRENCES = 0; \ if (LOG_OCCURRENCES <= n) \ ++LOG_OCCURRENCES; \ if (LOG_OCCURRENCES <= n) \ google::LogMessage( \ __FILE__, __LINE__, google::GLOG_ ## severity, LOG_OCCURRENCES, \ &what_to_do).stream() void FunctionA () { TIMER_START (FunctionA ) SomeFunction (); TIMER_END (FunctionA ) } #define TIMER_START(FUNC) boost::timer t_##FUNC; #define TIMER_END(FUNC) std::cout << "[" << #FUNC << "]" << "cost time: " << t_##FUNC.elapsed() << std::endl; C++11中了 __func__ 功你只需要在循环中使想打印的消可以了，⽽且在任何循环中都可以使⽤，⽐如：所有循环中息只会打印⼀次。后来发也有类似的实现，还可以定义打印次数，如下测试时间如何⽅便的测试函数运⾏时间？如下代码可以这样来实现提供能，所以就更⽅便了启算法

void FunctionA () { TIMER_START SomeFunction (); TIMER_END } #define TIMER_START boost::timer t_##__func__; #define TIMER_END std::cout << "[" << #__func__ << "]" << "cost time: " << t_##__func__.elapsed() << std::endl; 实现起来也很简单框架其实还不是很完善，我们会慢慢改进，希望⼤家多提意⻅，不胜感激〜

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