ROS-ROS通信机制-服务通信

文章目录

  • 一、服务通信基本知识
  • 二、自定义srv
  • 三、C++实现
  • 四、Python实现

一、服务通信基本知识

服务通信也是ROS中一种极其常用的通信模式，服务通信是基于请求响应模式的，是一种应答机制。也即: 一个节点A向另一个节点B发送请求，B接收处理请求并产生响应结果返回给A。比如如下场景:

  • 机器人巡逻过程中，控制系统分析传感器数据发现可疑物体或人… 此时需要拍摄照片并留存。

在上述场景中，就使用到了服务通信。

一个节点需要向相机节点发送拍照请求，相机节点处理请求，并返回处理结果
与上述应用类似的，服务通信更适用于对时时性有要求、具有一定逻辑处理的应用场景。
概念
以请求响应的方式实现不同节点之间数据交互的通信模式。

作用
用于偶然的、对时时性有要求、有一定逻辑处理需求的数据传输场景。

案例
实现两个数字的求和，客户端节点，运行会向服务器发送两个数字，服务器端节点接收两个数字求和并将结果响应回客户端。

服务通信较之于话题通信更简单些，理论模型如下图所示，该模型中涉及到三个角色:

  • ROS master(管理者)
  • Server(服务端)
  • Client(客户端)

ROS Master 负责保管 Server 和 Client 注册的信息，并匹配话题相同的 Server 与 Client ，帮助 Server 与 Client 建立连接，连接建立后，Client 发送请求信息，Server 返回响应信息。
在这里插入图片描述
整个流程由以下步骤实现:

0.Server注册
Server 启动后，会通过RPC在 ROS Master 中注册自身信息，其中包含提供的服务的名称。ROS Master 会将节点的注册信息加入到注册表中。

1.Client注册
Client 启动后，也会通过RPC在 ROS Master 中注册自身信息，包含需要请求的服务的名称。ROS Master 会将节点的注册信息加入到注册表中。

2.ROS Master实现信息匹配
ROS Master 会根据注册表中的信息匹配Server和 Client，并通过 RPC 向 Client 发送 Server 的 TCP 地址信息。

3.Client发送请求
Client 根据步骤2 响应的信息，使用 TCP 与 Server 建立网络连接，并发送请求数据。

4.Server发送响应
Server 接收、解析请求的数据，并产生响应结果返回给 Client。

注意:

1.客户端请求被处理时，需要保证服务器已经启动；

2.服务端和客户端都可以存在多个。

理解图：
在这里插入图片描述

二、自定义srv

需求:
服务通信中，客户端提交两个整数至服务端，服务端求和并响应结果到客户端，请创建服务器与客户端通信的数据载体。

流程:
srv 文件内的可用数据类型与 msg 文件一致，且定义 srv 实现流程与自定义 msg 实现流程类似:

  • 按照固定格式创建srv文件
  • 编辑配置文件
  • 编译生成中间文件

1.定义srv文件
服务通信中，数据分成两部分，请求与响应，在 srv 文件中请求和响应使用—分割，具体实现如下:
功能包下新建 srv 目录，添加 xxx.srv 文件，内容:

# 客户端请求时发送的两个数字
int32 num1
int32 num2
---
# 服务器响应发送的数据
int32 sum

2.编辑配置文件
package.xml中添加编译依赖与执行依赖

  <build_depend>message_generation</build_depend>
  <exec_depend>message_runtime</exec_depend>
  <!-- 
  exce_depend 以前对应的是 run_depend 现在非法
  -->

CMakeLists.txt编辑 srv 相关配置

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
  roscpp
  rospy
  std_msgs
  message_generation
)
# 需要加入 message_generation,必须有 std_msgs

add_service_files(
  FILES
  AddInts.srv
)

generate_messages(
  DEPENDENCIES
  std_msgs
)

注意: 官网没有在 catkin_package 中配置 message_runtime,经测试配置也可以
3.编译
编译后的中间文件查看:
C++ 需要调用的中间文件(…/工作空间/devel/include/包名/xxx.h)
在这里插入图片描述
Python 需要调用的中间文件(…/工作空间/devel/lib/python3/dist-packages/包名/srv)
在这里插入图片描述
后续调用相关 srv 时，是从这些中间文件调用的

三、C++实现

需求:
编写服务通信，客户端提交两个整数至服务端，服务端求和并响应结果到客户端。

分析:
在模型实现中，ROS master 不需要实现，而连接的建立也已经被封装了，需要关注的关键点有三个:

  • 服务端
  • 客户端
  • 数据

流程:

  1. 编写服务端实现；
  2. 编写客户端实现；
  3. 编辑配置文件；
  4. 编译并执行。

0.vscode配置
需要像之前自定义 msg 实现一样配置c_cpp_properies.json 文件，如果以前已经配置且没有变更工作空间，可以忽略，如果需要配置，配置方式与之前相同:

{
    "configurations": [
        {
            "browse": {
                "databaseFilename": "",
                "limitSymbolsToIncludedHeaders": true
            },
            "includePath": [
                "/opt/ros/noetic/include/**",
                "/usr/include/**",
                "/xxx/yyy工作空间/devel/include/**" //配置 head 文件的路径 
            ],
            "name": "ROS",
            "intelliSenseMode": "gcc-x64",
            "compilerPath": "/usr/bin/gcc",
            "cStandard": "c11",
            "cppStandard": "c++17"
        }
    ],
    "version": 4
}

1.服务端

/*
    需求: 
        编写两个节点实现服务通信，客户端节点需要提交两个整数到服务器
        服务器需要解析客户端提交的数据，相加后，将结果响应回客户端，
        客户端再解析

    服务器实现:
        1.包含头文件
        2.初始化 ROS 节点
        3.创建 ROS 句柄
        4.创建 服务 对象
        5.回调函数处理请求并产生响应
        6.由于请求有多个，需要调用 ros::spin()

*/
#include "ros/ros.h"
#include "demo03_server_client/AddInts.h"

// bool 返回值由于标志是否处理成功
bool doReq(demo03_server_client::AddInts::Request& req,
          demo03_server_client::AddInts::Response& resp){
    int num1 = req.num1;
    int num2 = req.num2;

    ROS_INFO("服务器接收到的请求数据为:num1 = %d, num2 = %d",num1, num2);

    //逻辑处理
    if (num1 < 0 || num2 < 0)
    {
        ROS_ERROR("提交的数据异常:数据不可以为负数");
        return false;
    }

    //如果没有异常，那么相加并将结果赋值给 resp
    resp.sum = num1 + num2;
    return true;


}

int main(int argc, char *argv[])
{
    setlocale(LC_ALL,"");
    // 2.初始化 ROS 节点
    ros::init(argc,argv,"AddInts_Server");
    // 3.创建 ROS 句柄
    ros::NodeHandle nh;
    // 4.创建 服务 对象
    ros::ServiceServer server = nh.advertiseService("AddInts",doReq);
    ROS_INFO("服务已经启动....");
    //     5.回调函数处理请求并产生响应
    //     6.由于请求有多个，需要调用 ros::spin()
    ros::spin();
    return 0;
}

2.客户端

/*
    需求: 
        编写两个节点实现服务通信，客户端节点需要提交两个整数到服务器
        服务器需要解析客户端提交的数据，相加后，将结果响应回客户端，
        客户端再解析

    服务器实现:
        1.包含头文件
        2.初始化 ROS 节点
        3.创建 ROS 句柄
        4.创建 客户端 对象
        5.请求服务，接收响应

*/
// 1.包含头文件
#include "ros/ros.h"
#include "demo03_server_client/AddInts.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
    setlocale(LC_ALL,"");

    // 调用时动态传值,如果通过 launch 的 args 传参，需要传递的参数个数 +3
    if (argc != 3)
    // if (argc != 5)//launch 传参(0-文件路径 1传入的参数 2传入的参数 3节点名称 4日志路径)
    {
        ROS_ERROR("请提交两个整数");
        return 1;
    }


    // 2.初始化 ROS 节点
    ros::init(argc,argv,"AddInts_Client");
    // 3.创建 ROS 句柄
    ros::NodeHandle nh;
    // 4.创建 客户端 对象
    ros::ServiceClient client = nh.serviceClient<demo03_server_client::AddInts>("AddInts");
    //等待服务启动成功
    //方式1
    ros::service::waitForService("AddInts");
    //方式2
    // client.waitForExistence();
    // 5.组织请求数据
    demo03_server_client::AddInts ai;
    ai.request.num1 = atoi(argv[1]);
    ai.request.num2 = atoi(argv[2]);
    // 6.发送请求,返回 bool 值，标记是否成功
    bool flag = client.call(ai);
    // 7.处理响应
    if (flag)
    {
        ROS_INFO("请求正常处理,响应结果:%d",ai.response.sum);
    }
    else
    {
        ROS_ERROR("请求处理失败....");
        return 1;
    }

    return 0;
}

3.配置 CMakeLists.txt

add_executable(AddInts_Server src/AddInts_Server.cpp)
add_executable(AddInts_Client src/AddInts_Client.cpp)


add_dependencies(AddInts_Server ${PROJECT_NAME}_gencpp)
add_dependencies(AddInts_Client ${PROJECT_NAME}_gencpp)


target_link_libraries(AddInts_Server
  ${catkin_LIBRARIES}
)
target_link_libraries(AddInts_Client
  ${catkin_LIBRARIES}
)

4.执行
流程:

  • 需要先启动服务:rosrun 包名 服务
  • 然后再调用客户端 :rosrun 包名 客户端 参数1 参数2

结果:

  • 会根据提交的数据响应相加后的结果。

注意:

  • 如果先启动客户端，那么会导致运行失败

优化:

  • 在客户端发送请求前添加:client.waitForExistence();
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

  • 或:ros::service::waitForService(“AddInts”);
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

这是一个阻塞式函数，只有服务启动成功后才会继续执行
此处可以使用 launch 文件优化，但是需要注意 args 传参特点

1.不知道为啥报错
在这里插入图片描述
但由于这个错误会影响C++程序编写，只能把该相对路径改为绝对路径
在这里插入图片描述
发现问题了！！！！！，include path 不知道什么时候被我多打了一个s。
2.在使用rosservice测试的时候未能自动补齐两个数。
解决：先source一下，然后在输入addInts后空一格，然后tab键同时按两次即可补齐
在这里插入图片描述
3.main函数中argc代表传入的参数的总数量，在本例中，第一个参数指程序名，第二个参数是12，第三个参数是34，所以argc是3。argv中保存的为参数具体值。通过atoi将字符串类型的参数转换为整型。
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

4.Alt+方向键：可快速移动整行代码

四、Python实现

0.vscode配置
需要像之前自定义 msg 实现一样配置settings.json 文件，如果以前已经配置且没有变更工作空间，可以忽略，如果需要配置，配置方式与之前相同:

{
    "python.autoComplete.extraPaths": [
        "/opt/ros/noetic/lib/python3/dist-packages",
    ]
}

1.服务端

#! /usr/bin/env python
"""
    需求: 
        编写两个节点实现服务通信，客户端节点需要提交两个整数到服务器
        服务器需要解析客户端提交的数据，相加后，将结果响应回客户端，
        客户端再解析

    服务器端实现:
        1.导包
        2.初始化 ROS 节点
        3.创建服务对象
        4.回调函数处理请求并产生响应
        5.spin 函数

"""
# 1.导包
import rospy
from demo03_server_client.srv import AddInts,AddIntsRequest,AddIntsResponse
# 回调函数的参数是请求对象，返回值是响应对象
def doReq(req):
    # 解析提交的数据
    sum = req.num1 + req.num2
    rospy.loginfo("提交的数据:num1 = %d, num2 = %d, sum = %d",req.num1, req.num2, sum)

    # 创建响应对象，赋值并返回
    # resp = AddIntsResponse()
    # resp.sum = sum
    resp = AddIntsResponse(sum)
    return resp


if __name__ == "__main__":
    # 2.初始化 ROS 节点
    rospy.init_node("addints_server_p")
    # 3.创建服务对象
    server = rospy.Service("AddInts",AddInts,doReq)
    # 4.回调函数处理请求并产生响应
    # 5.spin 函数
    rospy.spin()

2.客户端

#! /usr/bin/env python

"""
    需求: 
        编写两个节点实现服务通信，客户端节点需要提交两个整数到服务器
        服务器需要解析客户端提交的数据，相加后，将结果响应回客户端，
        客户端再解析

    客户端实现:
        1.导包
        2.初始化 ROS 节点
        3.创建请求对象
        4.发送请求
        5.接收并处理响应

    优化:
        加入数据的动态获取


"""
#1.导包
import rospy
from demo03_server_client.srv import *
import sys

if __name__ == "__main__":

    #优化实现
    if len(sys.argv) != 3:
        rospy.logerr("请正确提交参数")
        sys.exit(1)


    # 2.初始化 ROS 节点
    rospy.init_node("AddInts_Client_p")
    # 3.创建请求对象
    client = rospy.ServiceProxy("AddInts",AddInts)
    # 请求前，等待服务已经就绪
    # 方式1:
    # rospy.wait_for_service("AddInts")
    # 方式2
    client.wait_for_service()
    # 4.发送请求,接收并处理响应
    # 方式1
    # resp = client(3,4)
    # 方式2
    # resp = client(AddIntsRequest(1,5))
    # 方式3
    req = AddIntsRequest()
    # req.num1 = 100
    # req.num2 = 200 

    #优化
    req.num1 = int(sys.argv[1])
    req.num2 = int(sys.argv[2]) 

    resp = client.call(req)
    rospy.loginfo("响应结果:%d",resp.sum)

3.设置权限
终端下进入 scripts 执行:chmod +x *.py
4.配置 CMakeLists.txt

catkin_install_python(PROGRAMS
  scripts/AddInts_Server_p.py 
  scripts/AddInts_Client_p.py
  DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION}
)

5.执行
流程:

  • 需要先启动服务:rosrun 包名 服务
  • 然后再调用客户端 :rosrun 包名 客户端 参数1 参数2

结果:

  • 会根据提交的数据响应相加后的结果。

1.在对发布方测试时，num1：40 冒号后面的空格一定不能删，不然会被认为是str类型
2.sys显示未定义，应在头文件import sys
在这里插入图片描述
3.优化
动态参数传入：
在这里插入图片描述
客户端先启动不会报异常，会挂起等待服务端启动
在这里插入图片描述

参考：
[1]Autolabor-ROS机器人入门课程《ROS理论与实践》季基础教程
[2]【Autolabor初级教程】ROS机器人入门
[3]胡春旭.ROS机器人开发实践[M].机械工业出版社,2018.

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