ros2 C++规控面试

### ROS2 中 C++ 规划与控制的相关面试知识点 #### 1. **ROS2 的基本概念** ROS2 是新一代的机器人操作系统，相较于 ROS1 提供了更强的实时性和分布式能力。其核心架构基于 DDS (Data Distribution Service)，能够支持多节点间的高效通信[^2]。 #### 2. **C++ 编程基础在 ROS2 中的应用** 在 ROS2 中，C++ 被广泛用于开发高性能的节点和服务。以下是几个重要的 C++ 技术点及其在 ROS2 中的作用： - **智能指针** ROS2 使用 `std::shared_ptr` 和 `std::unique_ptr` 来管理对象生命周期。例如，在创建节点时会返回一个 `std::shared_ptr<rclcpp::Node>` 对象[^4]。 - **回调函数的设计模式** 在 ROS2 中，消息处理通常通过回调函数实现。这些回调可以绑定到成员函数上，利用 C++ 的 lambda 表达式简化代码逻辑。 - **线程安全设计** ROS2 支持多线程执行模型（如 SingleThreadedExecutor 和 MultiThreadedExecutor），开发者需要熟悉如何在多线程环境下保护共享资源。 #### 3. **规划算法的基础知识** 路径规划是机器人控制系统中的重要部分，常见的规划方法包括 A*、Dijkstra 和 RRT 等。在 ROS2 中，可以通过以下方式实现路径规划： - **导航堆栈 Nav2** Nav2 是 ROS2 官方推荐的导航框架，提供了全局和局部路径规划的功能。它依赖于代价地图（Costmap）来表示环境，并使用插件化的方式加载不同的规划器。 - **自定义规划器** 如果项目需求超出 Nav2 的范围，则可能需要自行实现规划器。这涉及计算几何学的知识以及对优化算法的理解。 #### 4. **控制器设计** 控制器负责将规划的结果转化为具体的运动指令。常用的控制策略有 PID 控制、LQR 控制等。在 ROS2 中实现控制器需要注意以下几个方面： - **话题发布机制** 控制命令一般通过 ROS2 主题发送给底层硬件接口。例如，速度命令可以用 Twist 类型的消息传递。 ```cpp #include "geometry_msgs/msg/twist.hpp" #include "rclcpp/rclcpp.hpp" void publishVelocity() { auto node = rclcpp::Node::make_shared("velocity_publisher"); auto publisher = node->create_publisher<geometry_msgs::msg::Twist>("cmd_vel", 10); geometry_msgs::msg::Twist msg; msg.linear.x = 0.5; // 设置前进速度 msg.angular.z = 0.2; // 设置旋转角速度 publisher->publish(msg); // 发布消息 } ``` - **服务调用** 某些复杂的操作可通过服务请求完成，比如启动或停止某个动作序列。 ```cpp #include "example_interfaces/srv/add_two_ints.hpp" #include "rclcpp/rclcpp.hpp" bool callService(int a, int b) { auto client = rclcpp::Node::make_shared("service_client")->create_client<example_interfaces::srv::AddTwoInts>("add_two_ints"); while (!client->wait_for_service(std::chrono::seconds(1))) {} auto request = std::make_shared<example_interfaces::srv::AddTwoInts::Request>(); request->a = a; request->b = b; auto future_result = client->async_send_request(request); if(rclcpp::spin_until_future_complete(node_, future_result) == rclcpp::FutureReturnCode::SUCCESS){ return true; } return false; } ``` #### 5. **传感器数据处理** IMU 数据的采集与解析是一个典型场景。下面展示了一个简单的 IMU 数据读取示例[^3]： ```cpp #include "sensor_msgs/msg/imu.hpp" #include "rclcpp/rclcpp.hpp" class ImuSubscriber : public rclcpp::Node { public: explicit ImuSubscriber(const std::string& topic_name): Node("imu_subscriber") { subscription_ = this->create_subscription<sensor_msgs::msg::Imu>( topic_name, 10, std::bind(&ImuSubscriber::callback, this, _1)); } private: void callback(const sensor_msgs::msg::Imu::SharedPtr msg) const { RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Received IMU data: Orientation X=%.2f Y=%.2f Z=%.2f W=%.2f", msg->orientation.x, msg->orientation.y, msg->orientation.z, msg->orientation.w); } rclcpp::Subscription<sensor_msgs::msg::Imu>::SharedPtr subscription_; }; int main(int argc, char *argv[]) { rclcpp::init(argc, argv); rclcpp::spin(std::make_shared<ImuSubscriber>("/imu/data")); rclcpp::shutdown(); return 0; } ``` --- ###