Узлы и граф вычислений

Узел — это базовая единица программы в ROS; из узлов складывается граф вычислений всего робота.

Узел (node) — это отдельная программа в ROS, отвечающая за одну задачу: опрос датчика, управление мотором, планирование маршрута. Множество узлов и связей между ними образуют граф вычислений.

Один узел — одна обязанность

Главный архитектурный принцип ROS: дроби систему на узлы по принципу единственной ответственности. У нашей мобильной платформы это может быть узел lidar_driver (читает лидар), узел camera_driver (читает камеру), узел localization (определяет, где робот), узел planner (строит маршрут) и узел motor_controller (крутит колёса). Каждый можно запустить, остановить, перезапустить и отладить отдельно. Упал планировщик — драйверы продолжают работать.

Узлы могут жить в разных процессах и даже на разных компьютерах. Например, тяжёлую обработку изображения вынесли на мощный ноутбук, а простое управление моторами оставили на Raspberry Pi внутри робота — для ROS это по-прежнему один граф.

Граф вычислений

Если нарисовать все узлы кружками, а связи между ними стрелками, получится граф вычислений — карта всей программной системы робота в данный момент. Это не статичная схема из документации, а живое отражение того, что реально запущено прямо сейчас.

  +---------------+      /scan      +----------------+
  | lidar_driver  | -------------> | localization   |
  +---------------+                +----------------+
                                          |
                                     /pose | 
                                          v
  +---------------+    /cmd_vel     +----------------+
  | motor_control | <------------- |    planner     |
  +---------------+                +----------------+

Инструменты интроспекции

ROS 2 даёт команды, чтобы заглянуть в живой граф. Они начинаются с ros2 node.

# Список всех запущенных узлов
ros2 node list

# Подробности про конкретный узел: что публикует, на что подписан
ros2 node info /localization

Вывод (пример ros2 node list):

/lidar_driver
/localization
/planner
/motor_control

Имена и пространства имён

У каждого узла есть имя, по которому его видно в графе. Имена можно группировать в пространства имён (namespaces) — это особенно важно, когда роботов несколько. Если два одинаковых робота запустить с пространствами имён /robot1 и /robot2, их узлы и топики не столкнутся: будет /robot1/lidar_driver и /robot2/lidar_driver.

Как работает под капотом

Когда узел стартует, библиотека клиента ROS (для Python это rclpy) инициализирует контекст, регистрирует узел в DDS и запускает цикл обработки событий — executor. Executor крутится в spin() и вызывает ваши обработчики (колбэки), когда приходят сообщения, запросы или срабатывают таймеры. Пока узел «спиннится», он живёт; как только spin прерывается — узел корректно отключается от графа.

Частые ошибки

Запихивать всё в один узел. Теряется главное преимущество — независимость и отладка по частям.
Дублировать имена узлов. Два узла с одинаковым именем в одном домене конфликтуют; используйте namespace.
Забыть spin(). Без цикла обработки узел создан, но колбэки не вызываются — кажется, что «ничего не происходит».

Итоги

Узел — программа с одной задачей; робот состоит из множества узлов.
Граф вычислений — живая карта запущенных узлов и связей.
Команды ros2 node list/info показывают, что реально работает.
Namespaces разделяют узлы, когда роботов несколько.