ROS服务(Service)通信：通信模型、Hello World与拓展

news2025/2/23 17:23:54

服务通讯是基于请求响应模式的，是一种应答机制。

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。

一、服务通讯模型

服务是一种双向通讯方式，它通过请求和应答的方式传递消息，该模型涉及到三个角色：

  • Master (管理者)
  • Server（服务端）
  • Client（客户端）

Master 负责保管 Server 和 Client 的注册信息，并匹配服务名称相同的 Server 和 Client ，帮助 他们建立连接，连接建立后，Client 可以发送请求信息， Server 收到请求后返回响应信息。

在这里插入图片描述

服务模型通讯流程：

  • 0）advertise：服务端注册

    服务端（Server）向管理者（Master）注册信息，包括RPC地址和Service名字。Master会将服务端的注册信息加入到注册表中。

  • 1）客户端注册

    客户端（Client）向管理者（Master）注册信息，包括Service名字。Master会将客户端（Client）的注册信息加入到注册表中。

  • 2）Master匹配信息：牵线搭桥

    管理者（Master）通过查询注册表发现有匹配的服务端（Server）和客户端（Client），则通过RPC向客户端（Client）发送服务端（Server）的 TCP/UDP 地址信息。

  • 3）客户端发送请求信息

    客户端根据服务端的 TCP/UDP 地址与服务端建立网络连接，并发送请求信息。

  • 4）服务端响应请求

    服务端收到请求数据后，通过处理产生响应数据，通过 TCP/UDP 返回给客户端。

Note：

  1. 上述实现流程中，前三步使用 RPC 协议，最后两步使用 TCP/UDP 协议，默认TCP。
  2. 客户端请求时，必须保证服务端已经启动。
  3. 服务名相同的客户端可以有多个，服务端只能有1个。
  4. 与话题通信不同，服务通信过程中，ROS Master必须处于启动状态。

二、Service Hello World

万物始于Hello World，同样，使用Hello World介绍Service的简单使用。

使用Service传输数据时，需要注意以下几点：

  • Service名称
  • 消息格式（srv）
  • 服务端实现
  • 客户端实现

接下来实现一个简单的 Service 服务通信，客户端请求启动机器人，服务端启动机器人的各个模块，然后返回执行结果。

2.1 创建并初始化功能包

首先创建 service_hello_world 包，命令如下：

catkin_creat_pkg service_hello_world std_srvs roscpp rospy

创建后，文件结构如下：

在这里插入图片描述

2.2 确定Service名称及消息格式

Service名称：/hello_world_service

消息格式：std_srvs::SetBool

消息文件路径：/opt/ros/noetic/share/std_srvs/srv/SetBool.srv

消息文件内容：

bool data # e.g. for hardware enabling / disabling
---
bool success   # indicate successful run of triggered service
string message # informational, e.g. for error messages

2.3 实现服务端与客户端（C++版）

在创建的 service_hello_world 包路径下有一个 src 目录，在这里存储C++源码，我们创建 service_hello_world_server.cpp 以实现服务端，编辑内容如下：

#include <ros/ros.h>
#include <std_srvs/SetBool.h>

bool dealRobotSwitch(std_srvs::SetBool::Request &req, std_srvs::SetBool::Response &resp)
{
    bool flag = req.data;
    ROS_INFO("服务器收到 [%s] 机器人的指令.", flag ? "启动" : "关闭");

    // 逻辑处理
    if (flag)
    {
        ROS_INFO("正在启动机器人各模块...");
        ros::Duration(2).sleep();
        // 使用时间模拟随机成功与失败
        if (ros::Time::now().toNSec() % 2 == 0)
        {
            resp.success = true;
            resp.message = "Hello World.";
            ROS_INFO("机器人各模块启动成功.\n");
        }
        else
        {
            resp.success = false;
            resp.message = "再睡一会";
            ROS_INFO("机器人各模块启动失败.\n");
        }
    }
    else
    {
        ROS_INFO("正在关闭机器人各模块...");
        ros::Duration(2).sleep();
        // 模拟成功与失败
        if (ros::Time::now().toNSec() % 2 == 0)
        {
            resp.success = true;
            resp.message = "Good Night.";
            ROS_INFO("机器人各模块关闭成功.\n");
        }
        else
        {
            resp.success = false;
            resp.message = "我还能卷";
            ROS_INFO("机器人各模块关闭失败.\n");
        }
    }

    return true;
}

int main(int argc, char **argv)
{
    setlocale(LC_ALL, "");
    ros::init(argc, argv, "service_hello_world_server");
    ros::NodeHandle nh;
    ros::ServiceServer server = nh.advertiseService("/robotSwitch", dealRobotSwitch);
    ROS_INFO("robotSwitch 服务已启动...");
    ros::spin();
    return 0;
}

创建 service_hello_world_client.cpp 以实现客户端，编辑内容如下：

#include <ros/ros.h>
#include <std_srvs/SetBool.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    setlocale(LC_ALL, "");
    ros::init(argc, argv, "service_hello_world_client");
    ros::NodeHandle nh;
    ros::ServiceClient client = nh.serviceClient<std_srvs::SetBool>("/robotSwitch");

    std_srvs::SetBool srv;
    if (strcmp(argv[1], "on") == 0)
    {
        srv.request.data = true;
    }
    else if (strcmp(argv[1], "off") == 0)
    {
        srv.request.data = false;
    }
    else
    {
        ROS_WARN("仅支持on和off");

        return 1;
    }

    // 等待服务启动
    // ros::service::waitForService("/robotSwitch");
    // client.waitForExistence();
    if (client.call(srv))
    {
        if (srv.response.success)
        {
            ROS_INFO("操作成功, %s", srv.response.message.c_str());
        }
        else
        {
            ROS_ERROR("操作失败, %s", srv.response.message.c_str());
        }
    }
    else
    {
        ROS_ERROR("操作失败, 未知错误!");
    }

    return 0;
}

修改 CMakeLists.txt ，只需添加如下内容：

add_executable(${PROJECT_NAME}_client src/service_hello_world_client.cpp)
add_executable(${PROJECT_NAME}_server src/service_hello_world_server.cpp)

target_link_libraries(${PROJECT_NAME}_client
  ${catkin_LIBRARIES}
)

target_link_libraries(${PROJECT_NAME}_server
  ${catkin_LIBRARIES}
)

编译运行

进入工作空间执行 catkin_make 命令编译工程，编译成功后，使用如下命令依次启动服务端和客户端。

1. 启动ros master
roscore
2. 启动服务端
rosrun service_hello_world service_hello_world_server
3. 启动客户端
rosrun service_hello_world service_hello_world_client

结果如下：

在这里插入图片描述

目前为止，Service Hello World 已经成功了。

2.4 实现服务端与客户端（Python版）

在创建的 service_hello_world 包路径下 src 目录的同级，创建一个 scripts 目录，在这里存储脚本（如python脚本），我们创建 service_hello_world_server.py 以实现服务端，编辑内容如下：

import rospy
from std_srvs.srv import SetBool, SetBoolResponse


def dealRobotSwitch(req):
    flag = req.data
    rospy.loginfo("服务器收到 [%s] 机器人的指令.", "启动" if flag else "关闭")
    if flag:
        rospy.loginfo("正在启动机器人各模块...")
        if rospy.Time.now().to_nsec() % 2 == 0:
            rospy.loginfo("机器人各模块启动成功.\n")
            return SetBoolResponse(True, "Hello World.")
        else:
            rospy.logerr("机器人各模块启动失败.\n")
            return SetBoolResponse(False, "再睡一会")
    else:
        rospy.loginfo("正在关闭机器人各模块...")
        if rospy.Time.now().to_nsec() % 2 == 0:
            rospy.loginfo("机器人各模块关闭成功.\n")
            return SetBoolResponse(True, "Good Night.")
        else:
            rospy.logerr("机器人各模块关闭失败.\n")
            return SetBoolResponse(False, "我还能卷")


if __name__ == "__main__":
    rospy.init_node("service_hello_world_server")
    server = rospy.Service("/robotSwitch", SetBool, dealRobotSwitch)
    rospy.loginfo("robotSwitch 服务已启动...")
    rospy.spin()

创建 service_hello_world_client.py 以实现客户端，编辑内容如下：

import sys
import rospy
from std_srvs.srv import SetBool, SetBoolRequest


if __name__ == "__main__":
    rospy.init_node("service_hello_world_client")

    if len(sys.argv) != 2:
        rospy.logerr("参数个数有误")
        sys.exit(1)

    flag = False
    if sys.argv[1] == "on":
        flag = True
    elif sys.argv[1] == "off":
        pass
    else:
        rospy.logwarn("仅支持on和off")
        sys.exit(1)

    rospy.loginfo("客户端请求 [%s] 机器人.", "启动" if flag else "关闭")
    client = rospy.ServiceProxy("/robotSwitch", SetBool)
    client.wait_for_service()
    req = SetBoolRequest()
    req.data = flag
    res = client.call(req)

    if res.success:
        rospy.loginfo("操作成功，%s", res.message)
    else:
        rospy.logerr("操作失败，%s", res.message)

修改 CMakeLists.txt ，只需添加如下内容：

catkin_install_python(PROGRAMS
  scripts/service_hello_world_server.py
  scripts/service_hello_world_client.py
  DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION}
)

编译运行

进入工作空间执行 catkin_make 命令编译工程，编译成功后，使用如下命令依次启动服务端和客户端。

1. 启动ros master(如果已启动，无需再启动)
roscore
2. 启动服务端
rosrun service_hello_world service_hello_world_server.py
3. 启动客户端
rosrun service_hello_world service_hello_world_client.py

结果如下：

在这里插入图片描述

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