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 COMPONENTSroscpprospystd_msgsmessage_generation
)
# 需要加入 message_generation,必须有 std_msgs

add_service_files(FILESAddInts.srv
)

generate_messages(DEPENDENCIESstd_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)

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 respresp.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 +3if (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1ros::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
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

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

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.num2rospy.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 = sumresp = AddIntsResponse(sum)return respif __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 sysif __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2client.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3req = 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(PROGRAMSscripts/AddInts_Server_p.py scripts/AddInts_Client_p.pyDESTINATION ${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：

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.