ROS：action通信

news2024/11/24 7:00:10

目录

  • 一、前言
  • 二、概念
  • 三、作用
  • 四、实际案例
    • 4.1需求
    • 4.2action通信自定义action文件
      • 4.2.1定义action文件
      • 4.2.2编辑配置文件
      • 4.2.3编译
    • 4.3action通信自定义action文件调用(C++)
      • 4.3.1流程
      • 4.3.2vscode配置
      • 4.3.3服务端
      • 4.3.4客户端
      • 4.3.5编译配置文件
      • 4.3.6执行
    • 4.4action通信自定义action文件调用(Python)
      • 4.4.1流程
      • 4.4.2vscode配置
      • 4.4.3服务端
      • 4.4.4客户端
      • 4.4.5编辑配置文件
      • 4.4.6执行

一、前言

关于action通信，先从之前导航中的应用场景开始介绍，描述如下:
机器人导航到某个目标点,此过程需要一个节点A发布目标信息，然后一个节点B接收到请求并控制移动，最终响应目标达成状态信息。
这好像是服务通信实现，因为需求中要A发送目标，B执行并返回结果，这是一个典型的基于请求响应的应答模式，不过，如果只是使用基本的服务通信实现，存在一个问题：导航是一个过程，是耗时操作，如果使用服务通信，那么只有在导航结束时，才会产生响应结果，而在导航过程中，节点A是不会获取到任何反馈的，从而可能出现程序"假死"的现象，过程的不可控意味着不良的用户体验，以及逻辑处理的缺陷(比如:导航中止的需求无法实现)。更合理的方案应该是:导航过程中，可以连续反馈当前机器人状态信息，当导航终止时，再返回最终的执行结果。在ROS中，该实现策略称之为:action 通信。

二、概念

在ROS中提供了actionlib功能包集，用于实现 action 通信。action 是一种类似于服务通信的实现，其实现模型也包含请求和响应，但是不同的是，在请求和响应的过程中，服务端还可以连续的反馈当前任务进度，客户端可以接收连续反馈并且还可以取消任务。

action结构图解:
在这里插入图片描述
action通信接口图解:
在这里插入图片描述
goal:目标任务;
cacel:取消任务;
status:服务端状态;
result:最终执行结果(只会发布一次);
feedback:连续反馈(可以发布多次)。

三、作用

一般适用于耗时的请求响应场景,用以获取连续的状态反馈。

四、实际案例

4.1需求

创建两个ROS 节点，服务器和客户端，客户端可以向服务器发送目标数据N(一个整型数据)服务器会计算 1 到 N 之间所有整数的和,这是一个循环累加的过程，返回给客户端，这是基于请求响应模式的，又已知服务器从接收到请求到产生响应是一个耗时操作，每累加一次耗时0.1s，为了良好的用户体验，需要服务器在计算过程中，每累加一次，就给客户端响应一次百分比格式的执行进度，使用 action实现。

4.2action通信自定义action文件

action、srv、msg 文件内的可用数据类型一致，且三者实现流程类似:

按照固定格式创建action文件；
编辑配置文件；
编译生成中间文件。

4.2.1定义action文件

首先新建功能包，并导入依赖: roscpp rospy std_msgs actionlib actionlib_msgs；

然后功能包下新建 action 目录，新增 Xxx.action(比如:AddInts.action)。

action 文件内容组成分为三部分:请求目标值、最终响应结果、连续反馈，三者之间使用—分割示例内容如下:

#目标值
int32 num
---
#最终结果
int32 result
---
#连续反馈
float64 progress_bar

4.2.2编辑配置文件

CMakeLists.txt

find_package
(catkin REQUIRED COMPONENTS
  roscpp
  rospy
  std_msgs
  actionlib
  actionlib_msgs
)
Copy
add_action_files(
  FILES
  AddInts.action
)
Copy
generate_messages(
  DEPENDENCIES
  std_msgs
  actionlib_msgs
)
Copy
catkin_package(

#  INCLUDE_DIRS include
#  LIBRARIES demo04_action

 CATKIN_DEPENDS roscpp rospy std_msgs actionlib actionlib_msgs

#  DEPENDS system_lib

)

4.2.3编译

编译后会生成一些中间文件。

msg文件(…/工作空间/devel/share/包名/msg/xxx.msg):
在这里插入图片描述
C++ 调用的文件(…/工作空间/devel/include/包名/xxx.h):
在这里插入图片描述
Python 调用的文件(…/工作空间/devel/lib/python3/dist-packages/包名/msg/xxx.py):
在这里插入图片描述

4.3action通信自定义action文件调用(C++)

4.3.1流程

1.编写action服务端实现；
2.编写action客户端实现；
3.编辑CMakeLists.txt；
4.编译并执行。

4.3.2vscode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
}

4.3.3服务端

#include "ros/ros.h"
#include "actionlib/server/simple_action_server.h"
#include "demo01_action/AddIntsAction.h"
/*  
    需求:
        创建两个ROS节点，服务器和客户端，
        客户端可以向服务器发送目标数据N（一个整型数据）
        服务器会计算1到N之间所有整数的和，这是一个循环累加的过程，返回给客户端，
        这是基于请求响应模式的，
        又已知服务器从接收到请求到产生响应是一个耗时操作，每累加一次耗时0.1s，
        为了良好的用户体验，需要服务器在计算过程中，
        每累加一次，就给客户端响应一次百分比格式的执行进度，使用action实现。

    流程:
        1.包含头文件;
        2.初始化ROS节点;
        3.创建NodeHandle;
        4.创建action服务对象;
        5.处理请求,产生反馈与响应;
        6.spin().

*/

typedef actionlib::SimpleActionServer<demo01_action::AddIntsAction> Server;


void cb(const demo01_action::AddIntsGoalConstPtr &goal,Server* server){
    //获取目标值
    int num = goal->num;
    ROS_INFO("目标值:%d",num);
    //累加并响应连续反馈
    int result = 0;
    demo01_action::AddIntsFeedback feedback;//连续反馈
    ros::Rate rate(10);//通过频率设置休眠时间
    for (int i = 1; i <= num; i++)
    {
        result += i;
        //组织连续数据并发布
        feedback.progress_bar = i / (double)num;
        server->publishFeedback(feedback);
        rate.sleep();
    }
    //设置最终结果
    demo01_action::AddIntsResult r;
    r.result = result;
    server->setSucceeded(r);
    ROS_INFO("最终结果:%d",r.result);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    setlocale(LC_ALL,"");
    ROS_INFO("action服务端实现");
    // 2.初始化ROS节点;
    ros::init(argc,argv,"AddInts_server");
    // 3.创建NodeHandle;
    ros::NodeHandle nh;
    // 4.创建action服务对象;
    /*SimpleActionServer(ros::NodeHandle n, 
                        std::string name, 
                        boost::function<void (const demo01_action::AddIntsGoalConstPtr &)> execute_callback, 
                        bool auto_start)
    */
    // actionlib::SimpleActionServer<demo01_action::AddIntsAction> server(....);
    Server server(nh,"addInts",boost::bind(&cb,_1,&server),false);
    server.start();
    // 5.处理请求,产生反馈与响应;

    // 6.spin().   
    ros::spin();
    return 0;
}

注：可以先配置CMakeLists.tx文件并启动上述action服务端，然后通过 rostopic 查看话题，向action相关话题发送消息，或订阅action相关话题的消息。

4.3.4客户端

#include "ros/ros.h"
#include "actionlib/client/simple_action_client.h"
#include "demo01_action/AddIntsAction.h"

/*  
    需求:
        创建两个ROS节点，服务器和客户端，
        客户端可以向服务器发送目标数据N（一个整型数据）
        服务器会计算1到N之间所有整数的和，这是一个循环累加的过程，返回给客户端，
        这是基于请求响应模式的，
        又已知服务器从接收到请求到产生响应是一个耗时操作，每累加一次耗时0.1s，
        为了良好的用户体验，需要服务器在计算过程中，
        每累加一次，就给客户端响应一次百分比格式的执行进度，使用action实现。

    流程:
        1.包含头文件;
        2.初始化ROS节点;
        3.创建NodeHandle;
        4.创建action客户端对象;
        5.发送目标，处理反馈以及最终结果;
        6.spin().

*/
typedef actionlib::SimpleActionClient<demo01_action::AddIntsAction> Client;


//处理最终结果
void done_cb(const actionlib::SimpleClientGoalState &state, const demo01_action::AddIntsResultConstPtr &result){
    if (state.state_ == state.SUCCEEDED)
    {
        ROS_INFO("最终结果:%d",result->result);
    } else {
        ROS_INFO("任务失败！");
    }

}
//服务已经激活
void active_cb(){
    ROS_INFO("服务已经被激活....");
}
//处理连续反馈
void  feedback_cb(const demo01_action::AddIntsFeedbackConstPtr &feedback){
    ROS_INFO("当前进度:%.2f",feedback->progress_bar);
}


int main(int argc, char *argv[])
{
    setlocale(LC_ALL,"");
    // 2.初始化ROS节点;
    ros::init(argc,argv,"AddInts_client");
    // 3.创建NodeHandle;
    ros::NodeHandle nh;
    // 4.创建action客户端对象;
    // SimpleActionClient(ros::NodeHandle & n, const std::string & name, bool spin_thread = true)
    // actionlib::SimpleActionClient<demo01_action::AddIntsAction> client(nh,"addInts");
    Client client(nh,"addInts",true);
    //等待服务启动
    client.waitForServer();
    // 5.发送目标，处理反馈以及最终结果;
    /*  
        void sendGoal(const demo01_action::AddIntsGoal &goal, 
            boost::function<void (const actionlib::SimpleClientGoalState &state, const demo01_action::AddIntsResultConstPtr &result)> done_cb, 
            boost::function<void ()> active_cb, 
            boost::function<void (const demo01_action::AddIntsFeedbackConstPtr &feedback)> feedback_cb)

    */
    demo01_action::AddIntsGoal goal;
    goal.num = 10;

    client.sendGoal(goal,&done_cb,&active_cb,&feedback_cb);
    // 6.spin().
    ros::spin();
    return 0;
}

注：等待服务启动，只可以使用client.waitForServer();,之前服务中等待启动的另一种方式ros::service::waitForService("addInts");不适用

4.3.5编译配置文件

add_executable(action01_server src/action01_server.cpp)
add_executable(action02_client src/action02_client.cpp)
...

add_dependencies(action01_server ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS} ${catkin_EXPORTED_TARGETS})
add_dependencies(action02_client ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS} ${catkin_EXPORTED_TARGETS})
...

target_link_libraries(action01_server
  ${catkin_LIBRARIES}
)
target_link_libraries(action02_client
  ${catkin_LIBRARIES}
)

4.3.6执行

首先启动 roscore，然后分别启动action服务端与action客户端。

4.4action通信自定义action文件调用(Python)

4.4.1流程

1.编写action服务端实现；
2.编写action客户端实现；
3.编辑CMakeLists.txt；
4.编译并执行。

4.4.2vscode配置

{
    "python.autoComplete.extraPaths": [
        "/opt/ros/noetic/lib/python3/dist-packages",
        "/xxx/yyy工作空间/devel/lib/python3/dist-packages"
    ]
}

4.4.3服务端

#! /usr/bin/env python
import rospy
import actionlib
from demo01_action.msg import *
"""
    需求:
        创建两个ROS 节点，服务器和客户端，
        客户端可以向服务器发送目标数据N(一个整型数据)服务器会计算 1 到 N 之间所有整数的和,
        这是一个循环累加的过程，返回给客户端，这是基于请求响应模式的，
        又已知服务器从接收到请求到产生响应是一个耗时操作，每累加一次耗时0.1s，
        为了良好的用户体验，需要服务器在计算过程中，
        每累加一次，就给客户端响应一次百分比格式的执行进度，使用 action实现。
    流程:
        1.导包
        2.初始化 ROS 节点
        3.使用类封装，然后创建对象
        4.创建服务器对象
        5.处理请求数据产生响应结果，中间还要连续反馈
        6.spin
"""

class MyActionServer:
    def __init__(self):
        #SimpleActionServer(name, ActionSpec, execute_cb=None, auto_start=True)
        self.server = actionlib.SimpleActionServer("addInts",AddIntsAction,self.cb,False)
        self.server.start()
        rospy.loginfo("服务端启动")


    def cb(self,goal):
        rospy.loginfo("服务端处理请求:")
        #1.解析目标值
        num = goal.num
        #2.循环累加，连续反馈
        rate = rospy.Rate(10)
        sum = 0
        for i in range(1,num + 1):
            # 累加
            sum = sum + i
            # 计算进度并连续反馈
            feedBack = i / num
            rospy.loginfo("当前进度:%.2f",feedBack)

            feedBack_obj = AddIntsFeedback()
            feedBack_obj.progress_bar = feedBack
            self.server.publish_feedback(feedBack_obj)
            rate.sleep()
        #3.响应最终结果
        result = AddIntsResult()
        result.result = sum        
        self.server.set_succeeded(result)
        rospy.loginfo("响应结果:%d",sum)
if __name__ == "__main__":
    rospy.init_node("action_server_p")
    server = MyActionServer()
    rospy.spin()

注：可以先配置CMakeLists.tx文件并启动上述action服务端，然后通过 rostopic 查看话题，向action相关话题发送消息，或订阅action相关话题的消息。

4.4.4客户端

#! /usr/bin/env python

import rospy
import actionlib
from demo01_action.msg import *

"""
    需求:
        创建两个ROS 节点，服务器和客户端，
        客户端可以向服务器发送目标数据N(一个整型数据)服务器会计算 1 到 N 之间所有整数的和,
        这是一个循环累加的过程，返回给客户端，这是基于请求响应模式的，
        又已知服务器从接收到请求到产生响应是一个耗时操作，每累加一次耗时0.1s，
        为了良好的用户体验，需要服务器在计算过程中，
        每累加一次，就给客户端响应一次百分比格式的执行进度，使用 action实现。
    流程:
        1.导包
        2.初始化 ROS 节点
        3.创建 action Client 对象
        4.等待服务
        5.组织目标对象并发送
        6.编写回调, 激活、连续反馈、最终响应
        7.spin
"""

def done_cb(state,result):
    if state == actionlib.GoalStatus.SUCCEEDED:
        rospy.loginfo("响应结果:%d",result.result)

def active_cb():
    rospy.loginfo("服务被激活....")


def fb_cb(fb):
    rospy.loginfo("当前进度:%.2f",fb.progress_bar)

if __name__ == "__main__":
    # 2.初始化 ROS 节点
    rospy.init_node("action_client_p")
    # 3.创建 action Client 对象
    client = actionlib.SimpleActionClient("addInts",AddIntsAction)
    # 4.等待服务
    client.wait_for_server()
    # 5.组织目标对象并发送
    goal_obj = AddIntsGoal()
    goal_obj.num = 10
    client.send_goal(goal_obj,done_cb,active_cb,fb_cb)
    # 6.编写回调, 激活、连续反馈、最终响应
    # 7.spin
    rospy.spin()

4.4.5编辑配置文件

先为 Python 文件添加可执行权限:chmod +x *.py

catkin_install_python(PROGRAMS
  scripts/action01_server_p.py
  scripts/action02_client_p.py
  DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION}
)

4.4.6执行

首先启动 roscore，然后分别启动action服务端与action客户端。

参考视屏：赵虚左ros入门
在这里插入图片描述

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使用Ubuntu搭建dockerlaradock windows 下载Ubuntu工具二选一 链接&#xff1a;https://pan.baidu.com/s/154K6MKdFZxWqaTn2q-6MSQ 提取码&#xff1a;06lc https://www.jianshu.com/p/b7e11d0dbe8c借鉴地址&#xff1a;https://zhuanlan.zhihu.com/p/547169542 备注&#x…
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GO语言semaphore信号量

GO语言semaphore信号量

一般地,我们唤醒在等待队列中的线程会使用系统调用和切换线程这样的开销比较大. 本质上.是结合自旋锁和调度器调度后的锁.不过这种机制适合线程不适合协程.因为调度器调度需要切换线程,而协成切换不能切换线程. 协程等待一个锁如何等待和唤醒呢? 在GO语言中,我们使用semaphor…
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使用端点中心进行补丁管理

使用端点中心进行补丁管理

什么是补丁管理 补丁管理是为网络中的所有操作系统和应用程序检测、下载、测试、批准和安装新补丁/缺失补丁的过程。它需要集中查看网络中端点的适用补丁&#xff0c;以便可以一目了然地对易受攻击、高度易受攻击和健康的系统进行分类。这有助于发现需要注意的系统&#xff0c…
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十分钟让你了解 Linux ABI

十分钟让你了解 Linux ABI

getline() 提供了一种更灵活的方法&#xff0c;可以在不破坏系统的情况下将用户数据读入程序。 在 C 语言中读取字符串是一件非常危险的事情。当读取用户输入时&#xff0c;程序员可能会尝试使用 C 标准库中的 gets 函数。它的用法非常简单&#xff1a; char *gets(char *stri…
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socket编程代码示例

socket编程代码示例

1. TCP server client模拟聊天对话框 server.c /* server.c */ #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <strings.h> #include <errno.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include &l…
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