【ROS】—— ROS通信机制——服务通信（三）
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前言
📢本系列将依托赵虚左老师的ROS课程，写下自己的一些心得与笔记。
📢课程链接:https://www.bilibili.com/video/BV1Ci4y1L7ZZ
📢讲义链接:http://www.autolabor.com.cn/book/ROSTutorials/index.html
📢 文章可能存在疏漏的地方，恳请大家指出。
1. 服务通信理论模型
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。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。
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。
ps：话题通信是单向式的，listener是被动的接受数据；服务通信是应答式的，只有客户端发布相关请求，服务端才会进行相关应答，给出消息。
2. 服务通信自定义srv
srv = 请求 +相应
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
2.1 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
2.2 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
)
2.3 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)
3. 服务通信自定义srv调用(C++)
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。
3.1 vscode配置
与之前的配置方式一致（若之前的工作空间配置过则不用更改）。【ROS】—— ROS通信机制——话题通信（二）
3.2 服务端
#include "ros/ros.h"
#include "publisher/addints.h"
/*
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()
*/
//回调函数处理请求并产生响应
bool donums(publisher::addints::Request &request,
publisher::addints::Response &response)
{
//1.处理请求
int num1 = request.num1;
int num2 = request.num2;
ROS_INFO("收到的请求: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;
}
//2.组织响应
int sum = num1 +num2;
response.sum = sum;
ROS_INFO("求得的结果: sum = %d",sum);
return true;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
setlocale(LC_ALL,"");
ROS_INFO("服务端启动");
//初始化 ROS 节点
ros::init(argc,argv,"server");
//创建 ROS 句柄
ros::NodeHandle nh;
//创建 服务 对象
ros::ServiceServer server = nh.advertiseService("addints",donums);
// 由于请求有多个，需要调用 ros::spin()
ros::spin();
return 0;
}
rosrun启动服务端后，可以通过rosservice进行测试。
rosservice call /addints "num1: 2
num2: 4"
结果
3.3 客户端
#include "ros/ros.h"
#include "publisher/addints.h"
/*
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
*/
int main(int argc, char *argv[])
{
setlocale(LC_ALL,"");
//初始化 ROS 节点
ros::init(argc,argv,"client");
//创建 ROS 句柄
ros::NodeHandle nh;
//创建客户端对象
ros::ServiceClient client = nh.serviceClient<publisher::addints>("addints");
//提交请求并处理响应
publisher::addints add;
//组织请求
add.request.num1 = 100;
add.request.num2 = 200;
//处理响应
bool flag = client.call(add);
// 7.处理响应
if (flag)
{
ROS_INFO("请求正常处理,响应结果:%d",add.response.sum);
}
else
{
ROS_ERROR("请求处理失败....");
return 1;
}
return 0;
}
动态方式提交请求
#include "ros/ros.h"
#include "publisher/addints.h"
/*
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
*/
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;
}
//初始化 ROS 节点
ros::init(argc,argv,"client");
//创建 ROS 句柄
ros::NodeHandle nh;
//创建客户端对象
ros::ServiceClient client = nh.serviceClient<publisher::addints>("addints");
//等待请求
ros::service::waitForService("addints");
//提交请求并处理响应
publisher::addints add;
//组织请求
add.request.num1 = atoi(argv[1]);
add.request.num2 = atoi(argv[2]);
//处理响应
bool flag = client.call(add);
// 7.处理响应
if (flag)
{
ROS_INFO("请求正常处理,响应结果:%d",add.response.sum);
}
else
{
ROS_ERROR("请求处理失败....");
return 1;
}
return 0;
}
注意：
看看这个代码if (argc != 3)，为什么argc需要是3个参数呢？
原因：第一个参数argc[0]是程序的名称，第二个参数argc[1]、第三个参数argc[2]才是传入的参数。
3.4 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}
)
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
4. 服务通信自定义srv调用(python)
流程:
- 编写服务端实现；
- 编写客户端实现；
- 为python文件添加可执行权限；
- 编辑配置文件；
- 编译并执行。
4.1 vscode配置
与之前的配置方式一致（若之前的工作空间配置过则不用更改）。【ROS】—— ROS通信机制——话题通信（二）
4.2 服务端
#! /usr/bin/env python
#-- coding:UTF-8 --
import rospy
from publisher.srv import addints, addintsRequest, addintsResponse
"""
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
"""
#参数：封装了请求数据
#返回值：响应数据
def donum(request):
num1 = request.num1
num2 = request.num2
sum = num1 + num2
response = addintsResponse()
response.sum = sum
rospy.loginfo("提交的数据:num1 = %d, num2 = %d, sum = %d",request.num1, request.num2, sum)
return response
if __name__ == "__main__" :
# 初始化 ROS 节点
rospy.init_node("server")
# 创建服务对象
server = rospy.Service("addints",addints,donum)
rospy.loginfo("启动服务端")
rospy.spin()
同样测试一下
4.3 客户端
#! /usr/bin/env python
#-- coding:UTF-8 --
import rospy
from publisher.srv import addints, addintsRequest, addintsResponse
import sys
"""
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
"""
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)
之后记得给文件执行权限
4.4 配置 CMakeLists.txt
catkin_install_python(PROGRAMS
scripts/AddInts_Server_p.py
scripts/AddInts_Client_p.py
DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION}
)