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。
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：
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)
Python 需要调用的中间文件(…/工作空间/devel/lib/python3/dist-packages/包名/srv)
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:
- 编写服务端实现；
- 编写客户端实现；
- 编辑配置文件；
- 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();
-
或:ros::service::waitForService(“AddInts”);
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
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
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
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。
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
3.优化
动态参数传入：
客户端先启动不会报异常，会挂起等待服务端启动
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.