ROS机器人入门-ROS通信机制（二）

服务通信

概述

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实时性有要求、具有一定逻辑处理的应用场景。

理论模型

角色

• master -> 管理者
• server -> 服务端
• client -> 客户端

流程

master根据话题实现server与client的连接

0、server在master中注册信息

1、client在master中注册话题

2、master将ROSRPC返回给client

3、client向server发起请求

4、server响应数据

注意

• 客户端发起请求时，保证服务端已经启动
• 客户端与服务端不唯一
• 需要注册话题

实现

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。请创建服务器与客户端通信的数据载体

自定义服务srv

在之前的话题通信中，发布方作为消息的发送者，订阅方作为消息的接收者，也就是说发布方发布什么样的消息，订阅方就接收到什么样的消息；但在服务通信中，客户端向服务端提交的数据经服务端进行计算后返回，因此服务通信中的消息结构就必须有请求和响应两部分构成。srv文件用于定义服务通信的消息请求和响应，用---进行分割.

流程

• 创建srv文件
• 编辑配置文件
• 编译生成中间文件

创建srv文件

在功能包下创建srv文件夹并创建.srv文件。

int32 num1
int32 num2
---
int32 sum

编辑配置文件

package.xml

<build_depend>message_generation</build_depend>
<exec_depend>message_runtime</exec_depend>

CMakeLists.txt

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
  roscpp
  rospy
  std_msgs
  message_generation
)

add_service_files(
  FILES
  AddInt.srv
)

generate_messages(
  DEPENDENCIES
  std_msgs
)

编译后就可以在服务通信中使用该消息结构。

C++实现

在模型实现中，大部分底层的逻辑已经封装在ROS中，在开发过程中我们只需要关注一下三方面：

1. 服务端
2. 客户端
3. 数据

流程:

• 服务端实现；

• 客户端实现；

• 编辑配置文件；

• 编译执行。

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
}
Copy

服务端

• 包含头文件
• 初始化ROS节点
• 创建节点句柄
• 创建服务对象
• 处理请求产生响应
• spin()

# include "ros/ros.h"
# include "plumbing_server_client/AddInt.h"

bool handleRequest(plumbing_server_client::AddInt::Request &request,
                plumbing_server_client::AddInt::Response &response){

    int num1 = request.num1;
    int num2 = request.num2;
    ROS_INFO("收到的请求数据：num1=%d,num2=%d",num1,num2);
    int sum = num1 + num2;
    response.sum = sum;
    ROS_INFO("结果：%d",sum);
    return true;
}

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


    ros::init(argc, argv, "sum");

    ros::NodeHandle nh;

    ros::ServiceServer server = nh.advertiseService("addInts",handleRequest);

    ROS_INFO("服务端启动");

    ros::spin();

    return 0;
}

客户端

• 包含头文件
• 初始化ROS节点
• 创建节点句柄
• 创建请求对象
• 提交请求处理响应
• spin()

#include "ros/ros.h"
#include "plumbing_server_client/AddInt.h"

int main(int argc, char *argv[]){

    setlocale(LC_ALL, "");

    if(argc != 3){
        ROS_INFO("提交参数个数有误，需要：3 个，提交：%d 个",argc);
        return 1;
    }

    ros::init(argc, argv, "client_1");

    ros::NodeHandle nh;

    ros::ServiceClient client = nh.serviceClient<plumbing_server_client::AddInt>("addInts"); 
    
    plumbing_server_client::AddInt ai;


    ai.request.num1 = atoi(argv[1]);

    ai.request.num2 = atoi(argv[2]);

    bool flag = client.call(ai);

    if(flag){
        ROS_INFO("请求成功，返回结果：%d",ai.response.sum);
    }
    else{
        ROS_INFO("请求失败");
    }

    return 0;
}

配置 CMakeLists.txt

add_executable(server src/server.cpp)
add_executable(client src/client.cpp)


add_dependencies(server ${PROJECT_NAME}_gencpp)
add_dependencies(client ${PROJECT_NAME}_gencpp)


target_link_libraries(server
  ${catkin_LIBRARIES}
)
target_link_libraries(client
  ${catkin_LIBRARIES}
)

执行

流程:

• 运行roscore

• 执行source ./devel/setup.bash

• 需要先启动服务端: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

如果调换启动顺序，先启动客户端，由于服务端未在ROS注册，客户端找不到server的话题，就无法建立起连接。但在实际应用过程中可能会存在客户端先启动的情况。

ROS提供了c++函数接口用于在服务端未启动的情况下挂起客户端，当服务端启动后再去进行请求。

client.waitForExistenZce(); // ros::ServiceClient client
ros::service::waitForService(server_topic);

Python实现

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",
    ]
}

服务端

• 导包
• 初始化ROS节点
• 创建服务对象
• 处理请求产生响应
• spin()

#! /usr/bin/env python

from urllib import response
import rospy
from plumbing_server_client.srv import *

def callback(request):

    num1 = request.num1
    num2 = request.num2

    sum = num1 + num2

    res = AddIntResponse()

    res.sum = sum


    rospy.loginfo("计算结果：{}".format(sum))

    return res 
if __name__ == "__main__":
    
    rospy.init_node("server_py")

    rospy.loginfo("服务端启动")

    server = rospy.Service("addInts", AddInt, callback)

    rospy.spin()

客户端

• 导包
• 初始化ROS节点
• 创建请求对象
• 提交请求处理响应
• spin()

#！ /usr/bin/env python

import rospy
import sys
from plumbing_server_client.srv import *

if __name__ == "__main__":

    if len(sys.argv) != 3:
        rospy.loginfo("提交参数个数有误，需要：3 个，提交：{} 个".format(len(sys.argv)))
        sys.exit(1)

    rospy.init_node("client_py")

    client = rospy.ServiceProxy("addInts", AddInt)

    num1 = int(sys.argv[1])
    num2 = int(sys.argv[2])
    
    res = client.call(num1,num2)

    rospy.loginfo("请求数据：num1={},num2={},响应数据：{}".format(num1, num2, res))

设置权限

终端下进入 scripts 执行:chmod +x *.py

配置 CMakeLists.txt

CMakeLists.txt

catkin_install_python(PROGRAMS
  scripts/server.py 
  scripts/client.py
  DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION}
)
Copy

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

ROS提供了c++函数接口用于在服务端未启动的情况下挂起客户端，当服务端启动后再去进行请求。

client.wait_for_service()
rospy.wait_for_service(server_topic)