Refactor rmoss project

[gezp]

rmoss项目已经很久没有更新了，代码框架已经过时，是时候重新回头考虑rmoss软件系统应该如何设计这个问题了。目前可以参考的开源项目有很多，比如：

• apollo
• autoware
• navigation2

rmoss项目将只做rmoss_core 和 rmoss_gazebo仿真器项目，而任务级功能软件包rmoss_contrib将不再维护，其中的rmoss_auto_aim建立独立仓库进行维护。而像能量机关等任务级功能是需要参赛队伍去自行开发，而且每年可能都会有变化，甚至会有新任务的出现，如有开发者愿意开发任务级功能以作为demo演示，则建立独立仓库进行维护。

其中有几个部分需要讨论：

• rmoss机器人软件架构：一个RM机器人软件应该怎样解耦设计？需要哪些功能包？每个包消息链路以及层级关系如何设计？
• rmoss_core目录结构：rmoss_core应该包含哪些通用公共的功能？
• rmoss_interfaces消息类型：机器人控制消息，机器人状态消息，裁判系统提供的状态消息，优先使用ros现在已有的消息类型。

欢迎大家讨论，并提出建议。

[gezp]

cc @Ericsii @WUyinwei-hah

[gezp]

目前想到的rmoss_core应该包含以下package：

• rmoss_transporter：即rmoss_base中transporter功能，仅作为库进行依赖
• rmoss_cam: 相机功能
• rmoss_projectile_motion: 弹道运动计算功能，仅作为库进行依赖
• rmoss_util：通用工具类，仅作为库进行依赖

rmoss_base没有存在的必要性，其中的simple_robot_base_node.cpp仅仅作为example样例存在，不同机器人的base模块必然不同，因此可以删除rmoss_base包。

[gezp]

参考navigation2，可以采用LifecycleNode进行节点管理，删除rmoss_util/task_manager功能类

[Ericsii]

参考navigation2，可以采用LifecycleNode进行节点管理，删除rmoss_util/task_manager功能类

支持使用LifecycleNode来进行管理。rmoss_interface中对于云台的底盘控制的消息应该重新修改一下，我倾向于类似ros2_control的方式来控制云台

[baiyeweiguang]

• 裁判系统可以单独作为一个功能提供
• rmoss_util可以进一步拆分，避免越做越大（防止为了一个小工具而安装一堆库，等一坨东西编译半天）
  • 除了ros2以外没有其他依赖的通用工具类
  • 图像处理的工具类或者是对OpenCV某个功能的封装
  • 一些常用的数学算法工具，比如均值滤波、卡尔曼滤波，曲线拟合，不同旋转表示之间的转换

[gezp]

• 裁判系统可以单独作为一个功能提供

你说的是裁判系统给机器人提供的信息？还是仿真器的裁判系统实现？

• rmoss_util可以进一步拆分，避免越做越大（防止为了一个小工具而安装一堆库，等一坨东西编译半天）

  • 除了ros2以外没有其他依赖的通用工具类
  • 图像处理的工具类或者是对OpenCV某个功能的封装
  • 一些常用的数学算法工具，比如均值滤波、卡尔曼滤波，曲线拟合，不同旋转表示之间的转换

这个我也赞同，rmoss_util应该只放一些简单的工具类，复杂的工具类应该单独做package，第二点图像处理工具类我倾向于独立出去，放在rmoss_perception_common之类的包中？

[gezp]

支持使用LifecycleNode来进行管理。rmoss_interface中对于云台的底盘控制的消息应该重新修改一下，我倾向于类似ros2_control的方式来控制云台

可以简单讲一下这种方式下云台和底盘消息怎么定义吗？比如应该包含哪些字段，我对ros2_control不太熟 @Ericsii

[Ericsii]

支持使用LifecycleNode来进行管理。rmoss_interface中对于云台的底盘控制的消息应该重新修改一下，我倾向于类似ros2_control的方式来控制云台

可以简单讲一下这种方式下云台和底盘消息怎么定义吗？比如应该包含哪些字段，我对ros2_control不太熟 @Ericsii

可以参考一下 ros2_control 的 architecture 这部分介绍，应该算是使用 ros 来控制机器人的标准推荐做法 https://control.ros.org/rolling/doc/getting_started/getting_started.html#controller-manager

[Ericsii]

• 裁判系统可以单独作为一个功能提供

可以把裁判系统通讯尽量直接兼容裁判系统协议，如果之后有队伍愿意做无下位机的方案也可以直接使用

[gezp]

系统架构设计想法：

其中

• Task Layer: 功能任务层，包含感知，规划，定位，导航等任务的实现，可以被不同的机器人复用，不需要考虑机器人硬件结构。
• Interfece Layer: 机器人与功能任务的接口层，包含传感器与执行器驱动，由于不同机器人硬件结构差异性较大，而控制功能与机器人硬件结构相关性比较高，因此也放入该层，该部分可以采用ros2-control方式实现适配，也可以自行开发控制程序，不做限制。
• Hardware Layer：机器人本体，使用usb，以太网，串口与Interfece Layer进行数据通信。

Task Layer与Interfece Layer使用ros msg应该与机器人的具体硬件结构实现无关。

• state ros msg：sensor_msgs/JointState 等
• command ros msg：geometry_msgs/Twist, trajectory_msgs/JointTrajectory 等

Task Layer的功能包可以参考navigation2和moveit2：

• navigation2的输入消息是目标点，输出消息是geometry_msgs/Twist，与机器人底盘具体实现无关
• moveit2的输入消息是末端执行器目标点，输出消息是trajectory_msgs/JointTrajectory，适用于通用机械臂，而不是特定机械臂

[baiyeweiguang]

• 裁判系统可以单独作为一个功能提供

你说的是裁判系统给机器人提供的信息？还是仿真器的裁判系统实现？

与真实的裁判系统实现通信，数据发布到指定话题上（在雷达站上算刚需）。目前好像没找到特别好的，在上位机与裁判系统通信的开源，只在广工的rm_controls开源上看到一个ROS1版的，但实现的有点复杂，不太好用

[gezp]

与真实的裁判系统实现通信，数据发布到指定话题上（在雷达站上算刚需）。目前好像没找到特别好的，在上位机与裁判系统通信的开源，只在广工的rm_controls开源上看到一个ROS1版的，但实现的有点复杂，不太好用

看起来没问题，创建一个新包，例如rmoss_referee_bridge , 把裁判系统的数据封装为ros msg发布出去，裁判系统的消息与比赛规则相关性高，可以单独创建仓库进行维护，后面可以加入开发计划。

[gezp]

rmoss_auto_aim模块重构的想法：

其中rmoss_auto_aim应该只包含armor detector和armor tracker模块，作为一个perception功能包。

模块功能：

• armor detector: 检测装甲板目标与位姿估计，输出一组装甲板消息。
• armor tracker: 装甲板跟踪与预测，输出预测的最佳射击目标点等消息。
• gimbal controller: 云台控制，包含弹道补偿功能，输入目标点，输出关节角度目标JointState或者JointTrajectory给MCU，与机器人的机械结构强相关，不同的机器人不一样，甚至有可能是双云台机器人。

参考了rm_auto_aim，其pipeline设计比较合理，这里只是解耦了perception和control模块，这样解耦的好处是perception模块无需关心硬件结构，只需要输出目标位置即可，gimbal controller也可以被能量机关这种需要射击的任务复用。同时perception和control模块之间也非常容易插入决策模块判断目标pose是否应该射击。

[Ericsii]

通讯部分的设想：

参考：

• ros2_control/demos
• 广东工业大学 rm_controls/rm_hw
• ROS-Pluginlib

为了兼容不同队伍机器人会有不同的总线设计，需要一套能够兼容不同总线通讯协议的基础工具类，有一套统一的数据读取机制。我设想是直接基于 boost::asio 来设计一个通讯基类的接口。

• 基础的数据类型为 DataFrame ，需要包含 DataFrame 签名(数据帧)的类型以及数据帧内字节数据
• Transporter 作为通讯基类，仅提供 ros_control 中对于 hardware_interface 需要提供的 read 和 write 接口
• SocketTransporter 为 Socket 通讯基类，使用 boost::asio 实现异步的数据读写操作
• 实现一个新的可实例化的通讯类型可以从 SocketTransporter 派生来使用 asio 提供的异步读写接口，也可以直接从 Transporter 派生更为自由的实现操作
• TransporterFactory 来便于直接从配置文件中读取配置字符数组来自动构造通讯类型。（此部分可以参考我之前实现的通讯协议解析工厂模式 buffer_processor_factory register_macro）

这部分作为一个基础工具类同时为 ros_control 做无下位机控制和裁判系统通讯等功能提供支持

具体工厂模式如何读取配置文件的实现，应该可以参考一下 navigation2 中 plugin 的配置读取方式

[gezp]

为了兼容不同队伍机器人会有不同的总线设计，需要一套能够兼容不同总线通讯协议的基础工具类，有一套统一的数据读取机制

兼容不同通信方式可行，统一通信接口就行，比如现在rmoss_base中的Transporter就做的这件事，但是要统一通信数据格式比较困难，不同队伍有着不同数据格式的需求，这个感觉比较难统一，比如比如rm-vision中的rm_serial_driver直接使用结构体作为数据传输格式，简单有效。这也是我为什么想把rmoss_base更改为rmoss_transporter的原因，即仅提供通信接口，通信的数据处理不同队伍会有各自不同的实现。

Transporter 作为通讯基类，仅提供 ros_control 中对于 hardware_interface 需要提供的 read 和 write 接口

这里我感觉是不是要和 ros_control 的hardware_interface 解偶开来，Transporter 应该作为通用的消息传输接口（字节传输），Transporter 有Can, Serial Socket等方式，ros2_control 中 hardware_interface 通过使用Transporter 获得硬件交互能力，比如rm_controls/rm_hw 中也是使用CanBus（属于Transporter ），另外GPIO感觉比较特殊，感觉不应该继承Transporter基类，单独实现一个接口即可 ，rm_controls/rm_hw设计感觉就行。

[Ericsii]

Transporter 作为通讯基类，仅提供 ros_control 中对于 hardware_interface 需要提供的 read 和 write 接口

这里我感觉是不是要和 ros_control 的 hardware_interface 解偶开来，Transporter 应该作为通用的消息传输接口（字节传输），Transporter 有Can, Serial Socket等方式，ros2_control 中 hardware_interface 通过使用Transporter 获得硬件交互能力，比如rm_controls/rm_hw 中也是使用CanBus（属于Transporter ），另外GPIO感觉比较特殊，感觉不应该继承Transporter基类，单独实现一个接口即可 ，rm_controls/rm_hw设计感觉就行。

这里应该是我的表述有误，其实想法是 Transporter 使用类似 hardware_interface 的接口定义，这样如果后续想要做无下位机的方案可以比较方便的放到 ros_control 里面

[gezp]

这里应该是我的表述有误，其实想法是 Transporter 使用类似 hardware_interface 的接口定义，这样如果后续想要做无下位机的方案可以比较方便的放到 ros_control 里面

那感觉就是ros_control的内容了，有点像之前rmoss_base的设计目标了，硬件和ros接口之间的桥梁，需要设计数据格式，以及数据处理逻辑，设计上较难考虑周全。另外，我觉得Transporter定义还是得回归通信本身，最好解耦开来，至于是否需要统一接口，这个也有待讨论。

[Ericsii]

这里应该是我的表述有误，其实想法是 Transporter 使用类似 hardware_interface 的接口定义，这样如果后续想要做无下位机的方案可以比较方便的放到 ros_control 里面

那感觉就是ros_control的内容了，有点像之前rmoss_base的设计目标了，硬件和ros接口之间的桥梁，需要设计数据格式，以及数据处理逻辑，设计上较难考虑周全。另外，我觉得Transporter定义还是得回归通信本身，最好解耦开来，至于是否需要统一接口，这个也有待讨论。

这里并没有规定数据格式，按照UML图例 DataFrame 仅包含数据的元信息 encoding (或者别的名字)和原始的字节数据，具体如何拼接和解析二进制数据的协议并没有包含在这个 Transporter 设计中应该作为使用者来进行实现。是满足这里说的硬件通信和协议解耦的

[gezp]

这里并没有规定数据格式，按照UML图例 DataFrame 仅包含数据的元信息 encoding (或者别的名字)和原始的字节数据，具体如何拼接和解析二进制数据的协议并没有包含在这个 Transporter 设计中应该作为使用者来进行实现。是满足这里说的硬件通信和协议解耦的

从UML中，read和write函数并没有看到data参数，那么怎么利用Transporter去发送和读取DataFrame？我好像并没有看到，这里能不能解释一下？我理解read和write是处理read_buffer和write_buffer，但是好像没有加进去和读出来的接口，没太看明白这里是怎么工作的。

[Ericsii]

从UML中，read和write函数并没有看到data参数，那么怎么利用Transporter去发送和读取DataFrame？我好像并没有看到，这里能不能解释一下？我理解read和write是处理read_buffer和write_buffer，但是好像没有加进去和读出来的接口，没太看明白这里是怎么工作的。

这里是参照常见的一些通讯库的做法，在 Transporter 的构造时传入 read 和 write 的 buffer 的指针，调用这两个方法时就不用再传 data 了

[gezp]

rmoss_cam重构想法：

• cam_server/cam_client框架略显繁琐，消息链路为raw data->cv::Mat->ros msg->cv::Mat，可以去掉cam_server/cam_client封装，简化为raw data->ros msg->cv::Mat方式。
• 重点规范ros msg/srv接口，而不是统一程序API，提供一些通用相机工具类/函数，例如Support set and get camera parameters methods in CamClient #17 中功能。
• 提供usb相机和虚拟相机功能（维持原有功能）。
• 实现参数配置GUI，可以参考ros2_mindvision_camera

目前 rmoss_gz_cam已经去掉cam_server/cam_client包装，极大简化了程序，避免为了适配代码封装而产生大量繁琐且冗余的代码。