ROS(Noetic) TO ROS2 (Humble)

 這是一個重大的專案轉移，因為 ROS 2 在底層架構上與 ROS 1 有很大的不同 (例如使用 DDS 作為傳輸層，以及構建系統從 Catkin 轉為 Ament/Colcon)。

以下是將 ROS 1 Noetic 專案轉移到 ROS 2 Humble 的關鍵步驟和注意事項：

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🏗️ I. 概念性差異與準備工作

在開始修改程式碼之前，必須理解 ROS 1 和 ROS 2 之間的幾個核心差異：

• Build System (建構系統): 從 Catkin 轉為 Ament (使用 Colcon 作為建構工具)。

• Client Libraries (客戶端函式庫):

  • ROS 1 C++: roscpp $\rightarrow$ ROS 2 C++: rclcpp

  • ROS 1 Python: rospy $\rightarrow$ ROS 2 Python: rclpy

• Launch Files (啟動檔案): 從 XML/Python 腳本轉為強制使用 ROS 2 Python Launch System。

• Parameters (參數系統): 從集中的參數伺服器 (Parameter Server) 轉為分散式的參數服務/客戶端 (Parameter Service/Client)。

• Python 版本: ROS 1 Noetic 支援 Python 3，但 ROS 2 Humble 強制使用 Python 3。

• 資料包頭 (Header): ROS 2 的 std_msgs/msg/Header 結構有所改變，不再有 seq 欄位。

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🛠️ II. 實際專案轉移步驟

1. 轉換建構系統 (Catkin $\rightarrow$ Ament/Colcon)

A. package.xml 調整

1. 格式版本: 將 <package format="2"> 升級為 <package format="3">。

2. Build Tool: 替換 ROS 1 的 buildtool_depend：

   • 移除 <buildtool_depend>catkin</buildtool_depend>

   • 新增 <buildtool_depend>ament_cmake</buildtool_depend> (適用於 C++ Packages) 或使用 setup.py (適用於 Python Packages)。

3. 依賴項 (Dependencies): 將所有 *_depend 替換為 ROS 2 的對應套件名稱 (例如：tf $\rightarrow$ tf2_ros, message_runtime $\rightarrow$ rosidl_runtime_cpp 等)。

B. CMakeLists.txt 調整 (C++ Packages)

這是最需要修改的部分：

1. 替換函式: 替換 Catkin 相關的函式為 Ament 函式，例如：

   • find_package(catkin ...) $\rightarrow$ find_package(rclcpp REQUIRED) 和其他 ROS 2 套件。

   • catkin_package(...) $\rightarrow$ ament_package()。

   • 使用 ament_target_dependencies(...) 來連結程式庫。

2. 安裝指令: 使用 install(TARGETS ...) 和 install(DIRECTORY ...) 搭配 ament_cmake_index 和 ament_export_targets 進行安裝。

2. 轉換程式碼 (C++ / Python)

A. Node 初始化

將 ROS 1 的 Node 啟動模式替換為 ROS 2 的 Node 類別：

• ROS 1 (C++):

  C++

  ros::init(argc, argv, "my_node");
  ros::NodeHandle nh;
  // ...
  ros::spin();
  

• ROS 2 (C++):

  C++

  #include <rclcpp/rclcpp.hpp>
  int main(int argc, char * argv[]) {
      rclcpp::init(argc, argv);
      auto node = std::make_shared<rclcpp::Node>("my_node");
      rclcpp::spin(node);
      rclcpp::shutdown();
      return 0;
  }
  // 或是建議繼承 rclcpp::Node 類別來自定義 Node
  

B. Publisher/Subscriber

1. 替換函式庫: 替換 #include <ros/ros.h> 等為 rclcpp/rclcpp.hpp 或 rclpy 相關。

2. 創建物件: ROS 2 的 Publisher 和 Subscriber 必須從 Node 物件創建。

   • ROS 1: ros::Publisher pub = nh.advertise<std_msgs::String>("topic", 10);

   • ROS 2: auto pub = node->create_publisher<std_msgs::msg::String>("topic", 10); (使用 std_msgs::msg::String)

3. Callback 函式: 在 C++ 中，boost::bind 通常被 C++ 標準函式庫的 std::bind 替換。

C. 參數處理

將參數從 ROS 1 的全域參數伺服器，轉移到 ROS 2 的 Node 專屬參數服務。

• ROS 1: nh.getParam("param_name", value);

• ROS 2: 需要先在 Node 中宣告參數，然後透過 node->get_parameter("param_name", value) 或使用參數客戶端 ParameterClient 來獲取。

3. 轉換 Launch 檔案

將 ROS 1 的 XML 或舊版 Python Launch 檔案，完全重寫為 ROS 2 Python Launch System 檔案 (.launch.py)。

• 核心模組: 主要使用 launch 和 launch_ros.actions.Node。

• 基本結構:

  Python

  from launch import LaunchDescription
  from launch_ros.actions import Node
  
  def generate_launch_description():
      return LaunchDescription([
          Node(
              package='my_pkg',
              executable='my_node',
              name='my_node_name',
              parameters=[{'param_key': 'param_value'}]
          ),
          # ... 其他 Nodes
      ])
  

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🌉 III. 過渡時期工具：ros1_bridge

如果你無法一次性將所有套件都轉移，可以使用 ros1_bridge 作為一個過渡方案。

• 功能: ros1_bridge 允許 ROS 1 和 ROS 2 之間的消息進行轉換，讓 ROS 1 節點和 ROS 2 節點能夠互相通訊。

• 使用時機: 在大型專案中，當部分組件已經轉移到 ROS 2，而其他組件仍然在 ROS 1 上執行時，這是非常有用的。

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💡 總結

整個轉移過程涉及對 ROS 2 的架構、建構系統和 API 進行深入了解。建議參考 ROS 2 官方文件中的 Migration Guide，裡面有更詳細的程式碼範例。

您目前專案中，最主要的程式碼是用 C++ 還是 Python 撰寫的？ 我可以提供更具體的程式碼轉換範例。