ROS2服务
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学习目标
- 熟悉ROS2的服务概念
- 了解ROS2服务相关的命令行工具操作
- 熟悉服务通信中的客户端和服务器代码编写
- 熟悉服务通信的测试手段
难度级别
初级 | 中级 | 高级 |
---|---|---|
√ |
预计耗时
35 mins
学习前提
对象 | 类型 | 状态 |
---|---|---|
ROS2 Humble | 软件 | 已安装 |
Ubuntu22.04操作系统 | 软件 | 已确认 |
Shell的基本使用 | 知识 | 已了解 |
ROS2 节点 | 知识 | 已了解 |
ROS2 话题 | 知识 | 已了解 |
什么是服务
服务(Service)是ROS(Robot Operating System)图中节点之间进行通信的另一种方式。它建立在调用和响应模型之上,与主题(Topic)的发布者-订阅者模型不同。虽然主题允许节点订阅数据流并获取持续的更新,但服务仅在客户端专门调用时才提供数据。
服务是一种通信方式,采用的是请求和响应模型,与主题的单向发布-订阅模型形成鲜明对比。话题用于节点之间的单向通信,而服务则支持双向通信,允许客户端向服务端发出请求,服务端处理请求并生成响应。
服务的特性
-
服务是一对一或者一对多的
服务可以是一对一或一对多的。这意味着可以有一个客户端向一个服务器请求服务,也可以有多个客户端向同一个服务器请求服务。举个例子,考虑一个早餐店,多个顾客可以来店里请求"购买早餐"的服务。每个顾客传递自己的请求,而服务器则生成相应的响应。 -
服务不适合连续调用情境
服务适合需要请求和响应的场景,其中客户端向节点发出请求以获得特定服务,而服务会处理请求并生成相应的响应。
对于需要持续发布内容而不需要反馈的情况,通常采用话题方式,而服务更适合需要请求和响应的通信需求。这种区分有助于在机器人系统中选择适当的通信方式,以满足不同的应用需求。 -
双向通信
话题是用于单向通信,信息发布者将数据发送到话题,然后订阅者获取这些数据。
这种方式适用于需要将信息广播给多个订阅者的场景,但通常不支持双向通信。
然而,服务提供了一种双向通信的机制,其中客户端(Client)可以向服务端(Server)发送请求,然后服务端会处理请求并发送响应回客户端。
这种请求-响应模型使得服务适用于需要交互式通信的场景,例如请求特定任务的执行并接收结果。
服务的命令行使用
命令 | 作用 |
---|---|
call | 调用一个服务 |
find | 查看给定服务类型的可用服务列表 |
list | 查看可用服务的列表 |
type | 查看服务的类型 |
让我们以调用 turtlesim 示例中的 /clear 服务为例来讲解服务的命令行使用:
首先,让小乌龟先绘制出一些轨迹,随后使用/clear
来清理轨迹
ros2 service call /clear std_srvs/srv/Empty
查看可用服务的列表
使用此命令可以输出当前存在的服务列表:
ros2 service list
在ROS2中,每个节点基本上都包含以下六个服务,这些服务用于节点参数的基本设置,关于节点参数的概念将在后续的教程中解释,此处不涉及。
hello_world_demo
是一个不包含自定义服务的demo,但仍然可以发现它有一些基本的服务可以调用。
对于turtlesim
这样的包,则是有相关的服务可以调用:
查看服务的消息类型
同样,当添加-t
后缀时,会同时输出服务列表和各个服务的消息类型:
ros2 service list -t
若需要查看特定服务类型的具体结构,可以通过使用 ros2 service type
和 ros2 interface show
命令来完成。首先,使用 ros2 service type
获取服务的类型信息,接着使用 ros2 interface show
获取该类型的具体消息结构。
服务消息类型的结构通常包括两部分:一个用于请求服务的消息结构,另一个用于描述响应服务结果的消息结构。它们之间通过一行三个短横线进行分隔。
以下是示例命令,用于查看名为 `/spawn 的服务类型的具体结构
ros2 service type /spawn
ros2 interface show turtlesim/srv/Spawn
根据服务消息类型反查该类型的服务
根据服务消息类型来检索相应的服务是ROS 2 中的一项常见任务,这个命令会返回与指定消息类型相关联的可用服务的列表。
此处以查找与std_srvs/srv/Empty
消息类型相关联的服务为例,我们可以执行以下命令:
ros2 service find std_srvs/srv/Empty
可以看到/clear
和/reset
都是消息类型为std_srvs/srv/Empty
的服务
请求服务
在ROS 2中,要通过命令行直接请求服务,你可以使用以下指令:
ros2 service call <service_name> <service_type> <arguments>
让我们以召唤一个海龟(也就是刚才的/spawn服务)为例来说明这个过程:
ros2 service call /spawn turtlesim/srv/Spawn "{x: 2, y: 2, theta: 0.2, name: 'new_turtle'}"
这个命令中指定了需要调用的服务、服务的消息类型、具体的参数(比如乌龟名为’new_turtle’,位置为(2,2),角度为0.2)
此时再次查看ROS中的节点和话题:
思考:
为什么没有新的节点诞生?
此时如果用键盘节点控制乌龟,会发生什么?为什么?
如何控制新诞生的那只乌龟?
ros2 run turtlesim turtle_teleop_key --ros-args --remap /turtle1/cmd_vel:=/new_turtle/cmd_vel --remap __node:=new_turtle_teleop
服务的编程使用
服务器
- 编写流程
1.编程接口初始化
2.创建节点并初始化
3.创建服务器端对象
4.通过回调函数处进行服务
5.向客户端反馈应答结果
6.销毁节点并关闭接口
1.创建源码文件
# Go to your src
cd ~/ros2_workspace/src
# Go to your package
cd ros2_learning/ros2_learning
# Create file
touch service_demo_server.py
2.编写源码文件
from example_interfaces.srv import AddTwoInts # 导入需要使用的srv数据类型,AddTwoInts是示例消息接口的类型
import rclpy
from rclpy.node import Nodeclass ServiceDemoServer(Node):def __init__(self):super().__init__("service_demo_server")# 创建server# 数据类型,服务名称,回调函数self.srv = self.create_service(AddTwoInts, "add_two_ints", self.add_two_ints_callback)self.get_logger().info("service_demo_server start")# 回调函数# 通过ros2 interface show example_interfaces/srv/AddTwoInts 查看这个消息类型的结构def add_two_ints_callback(self, request, response):response.sum = request.a + request.bself.get_logger().info("Incoming request\na: %d b: %d" % (request.a, request.b))return response # 回调函数的返回值将被返回def main(args=None):rclpy.init(args=args) # 初始化rclpyservice_demo_server = ServiceDemoServer() # 实例化rclpy.spin(service_demo_server) # 循环rclpy.shutdown() # 关闭if __name__ == "__main__":main()
3.添加依赖
在创建功能包时,添加依赖项是一个关键步骤,因为这些依赖项是功能包所需的其他软件包或库。要实现这一目标,你需要编辑功能包的 package.xml 文件。下面是如何在其中添加依赖的详细步骤:
首先,打开功能包目录下的 package.xml 文件。这个文件包含了关于功能包的元信息和依赖项信息。添加包括功能包的描述、维护者信息和许可证信息。虽然这些信息是可选的,但它们对于更好地了解功能包非常有帮助。
<description>Examples of minimal publisher/subscriber using rclpy</description>
<maintainer email="hermanye233@icloud.com">Herman Ye</maintainer>
<license>Apache License 2.0</license>
随后在 package.xml 中,你需要声明功能包的依赖项。在这个示例中,我们需要依赖两个库:rclpy
和 example_interfaces
。
rclpy
是 ROS 2 的 Python客户端库,用于编写 ROS 2 节点。而 example_interfaces
包含了 ROS 2 的官方教程数据类型接口,其中包括了一些用于教学和示例的数据类型,比如 example_interfaces/srv/AddTwoInts
,这是本示例中要使用的数据类型。
<depend>rclpy</depend><depend>example_interfaces</depend>
4.添加入口点
接下来,你需要编辑 setup.py 文件,以定义功能包的入口点(entry point)。入口点是功能包中的可执行程序,它们可以在 ROS 2 中运行。在 setup.py 文件中,你需要添加入口点的定义。
首先,更新功能包的元信息,例如:
maintainer='Herman Ye',
maintainer_email='hermanye233@icloud.com',
description='Examples of minimal publisher/subscriber using rclpy',
license='Apache License 2.0',
然后,在 entry_points 部分添加以下命令:
"server = ros2_learning.service_demo_server:main",
客户端
- 编写流程
1.编程接口初始化
2.创建节点并初始化
3.创建客户端对象
4.创建并发送请求数据
5.等待服务器端应答数据
6.销毁节点并关闭接口
1.创建源码文件
在和服务端相同的目录下新建源码文件:
# Go to your src
cd ~/ros2_workspace/src
# Go to your package
cd ros2_learning/ros2_learning
# Create file
touch service_demo_client.py
2.编写源码文件
import sys # 客户端节点代码使用sys.argv来访问命令行输入的请求命令的参数
from example_interfaces.srv import AddTwoInts # 要使用的数据类型导入
import rclpy # 引入ROS接口
from rclpy.node import Node # 引入节点类class ServiceDemoClient(Node):def __init__(self):super().__init__("service_demo_client") # 以异步通信模式为例# 创建客户端# 数据类型 服务名称self.cli = self.create_client(AddTwoInts, "add_two_ints")# 等待服务出现while not self.cli.wait_for_service(timeout_sec=1.0):self.get_logger().info("service not available, waiting again...")self.req = AddTwoInts.Request() # request部分定义def send_request(self, a, b): # 发送函数self.req.a = aself.req.b = bself.future = self.cli.call_async(self.req) # 异步调用服务rclpy.spin_until_future_complete(self, self.future) # 循环等待直到返回return self.future.result() # 返回结果def main(args=None):rclpy.init(args=args) # 初始化rclpyif len(sys.argv) != 3: # 确保参数个数正确print("Usage: python script_name.py <int_a> <int_b>")returnnum_a = int(sys.argv[1])num_b = int(sys.argv[2])service_demo_client = ServiceDemoClient() # 客户端实例化response = service_demo_client.send_request(num_a, num_b) # 客户端发送请求# 通过ros2 interface show example_interfaces/srv/AddTwoInts 查看这个消息类型的结构service_demo_client.get_logger().info("Result of add_two_ints: for %d + %d = %d" % (num_a, num_b, response.sum))service_demo_client.destroy_node() # 销毁节点rclpy.shutdown() # 关闭ROSif __name__ == "__main__":main()
此处只简单介绍了service的一种发送请求的办法,要获取更多信息请查阅rclpy文档的serviceAPI
3.添加入口点
接下来,你需要编辑 setup.py 文件,以定义功能包的入口点(entry point)。入口点是功能包中的可执行程序,它们可以在 ROS 2 中运行。在 setup.py 文件中,你需要添加入口点的定义。
在 entry_points 部分添加以下命令:
"client = ros2_learning.service_demo_client:main",
4.编译工作空间
在最后,编译工作空间,相关命令在之后的课程里会讲解,此处不涉及。
# Go to your workspace
cd ~/ros2_workspace
# Build workspace
colcon build --symlink-install
测试服务通信机制
先运行服务器节点:
ros2 run ros2_learning server
随后运行客户端节点并键入测试参数:
ros2 run ros2_learning client 2 3