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【ROS】—— ROS通信机制——服务通信（三）

文章目录

前言
1. 服务通信理论模型
2. 服务通信自定义srv
- 2.1 定义srv文件
- 2.2 编辑配置文件
- 2.3 编译
3. 服务通信自定义srv调用(C++)
- 3.1 vscode配置
- 3.2 服务端
- 3.3 客户端
- 3.4 配置 CMakeLists.txt
4. 服务通信自定义srv调用(python)
- 4.1 vscode配置
- 4.2 服务端
- 4.3 客户端
- 4.4 配置 CMakeLists.txt

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_generationbuild_depend>
  <exec_depend>message_runtimeexec_depend>

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)