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ROS通信架构（下）

程序员文章站 2022-06-05 13:09:34
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ROS通信架构（下）

 徐凯_xp

0.3832019.05.02 19:24:46字数 1,895阅读 261

将继续介绍ROS通信方式中的service、parameter server、actionlib。
Topic是ROS中的一种单向的异步通信方式。然而有些时候单向的通信满足不了通信要求，比如当一些节点只是临时而非周期性的需要某些数据，如果用topic通信方式时就会消耗大量不必要的系统资源，造成系统的低效率高功耗。

为了解决以上问题，service方式在通信模型上与topic做了区别。Service通信是双向的，它不仅可以发送消息，同时还会有反馈。所以service包括两部分，一部分是请求方（Clinet），另一部分是应答方/服务提供方（Server）。这时请求方（Client）就会发送一request，要等待server处理，反馈回一个reply，这样通过类似“请求-应答”的机制完成整个服务通信。

这种通信方式的示意图如下：
Node B是server（应答方），提供了一个服务的接口，叫做 /Service ，我们一般都会用string类型来指定service的名称，类似于topic。Node A向Node B发起了请求，经过处理后得到了反馈。

 

ROS通信架构（下）

Service是同步通信方式，所谓同步就是说，此时Node A发布请求后会在原地等待reply，直到Node B处理完了请求并且完成了reply，Node A才会继续执行。Node A等待过程中，是处于阻塞状态的成通信。这样的通信模型没有频繁的消息传递，没有冲突与高系统资源的占用，
只有接受请求才执行服务，简单而且高效。

Topic VS service

ROS通信架构（下）

Srv

类似msg文件，srv文件是用来描述服务（service数据类型的，service通信的数据格式定义在*.srv中。它声明了一个服务，包括请求(request)和响应（reply）两部分。
举例：
msgs_demo/srv/DetectHuman.srv

bool start_detect
---
my_pkg/HumanPose[] pose_data

msgs_demo/msg/HumanPose.msg,Srv只能嵌套msg，不能嵌套srv

std_msgs/Header header
string uuid
int32 number_of_joints
my_pkg/JointPose[]joint_data

msgs_demo/msg/JointPose.msg

string joint_name
geometry_msgs/Pose pose
floar32 confidence

以 DetectHUman.srv 文件为例，该服务例子取自OpenNI的人体检测ROS软件包。它是用来查询当前深度摄像头中的人体姿态和关节数的。srv文件格式很固定，第一行是请求的格式，中间用---隔开，第三行是应答的格式。在本例中，请求为是否开始检测，应答为一个数组，数组的每个元素为某个人的姿（HumanPose）。而对于人的姿态，其实是一个msg，所以srv可以嵌套msg在其中，但它不能嵌套srv。

修改部分文件

定义完了msg、srv文件，还有重要的一步就是修改package.xml和修改CMakeList.txt这些文件需要添加一些依赖：

<build_depend>** message_generation **</build_depend>
<run_depend>** message_runtime **</run_depend>

“**”所引就是新添加的依赖，又例如：

find_package(...roscpp rospy std_msgs ** message_generation **)
catkin_package(
...
CATJIN_DEPENDS ** message_runtime ** ...
...)
add_message_file(
FILES
** DetectHuman.srv **
** HumanPose.msg **
** JointPos.msg **)
** generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs) **

添加的这些内容指定了srv或者msg在编译或者运行中需要的依赖。具体的作用我们初学者可不深究，我们需要了解的是，无论我们自定义了srv,还是msg，修改上述部分添加依赖都是必不可少的一步。

Paramater server

介绍另外一种通信方式——参
数服务器（parameter server）。与前两种通信方式不同，参数服务器也可以说是特殊的“通信方式”。特殊点在于参数服务器是节点存储参数的地方、用于配置参数，全局共享参数。参数服务器使用互联网传输，在节点管理器中运行，实现整个通信过程。

参数服务器，作为ROS中另外一种数据传输方式，有别于topic和service，它更加的静态。参数服务器维护着一个数据字典，字典里存储着各种参数和配置。

维护方式

参数服务器的维护方式非常的简单灵活，总的来讲有三种方式：

  • 命令行维护
  • launch文件内读写
  • node源码

Action

Actionlib是ROS中一个很重要的库，类似service通信机制，actionlib也是一种请求响应机制的通信方式，actionlib主要弥补了service通信的一个不足，就是当机器人执行一个长时间的任务时，假如利用service通信方式，那么publisher会很长时间接受不到反馈的reply，致使通信受阻。当service通信不能很好的完成任务时候，actionlib则可以比较适合实现长时间的通信过程，actionlib通信过程可以随时被查看过程进度，也可以终止请求，这样的一个特性，使得它在一些特别的机制中拥有很高的效率

Action规范

动作的内容格式应包含三个部分，目标、反馈、结果。

  • 目标
    机器人执行一个动作，应该有明确的移动目标信息，包括一些参数的设定，方向、角度、速度等等。从而使机器人完成动作任务。
  • 反馈
    在动作进行的过程中，应该有实时的状态信息反馈给服务器的实施者，告诉实施者动作完成的状态，可以使实施者作出准确的判断去修正命令。
  • 结果
    当运动完成时，动作服务器把本次运动的结果数据发送给客户端，使客户端得到本次动作的全部信息，例如可能包含机器人的运动时长，最终姿势等等。
    Action规范文件的后缀名是.action，它的内容格式如下：
# Define the goal
uint32 dishwasher_id # Specify which dishwasher we want to use
---
# Define the result
uint32 total_dishes_cleaned
---
# Define a feedback message
float32 percent_complete

Action实例详解

Actionlib是一个用来实现action的一个功能包集。我们在demo中设置一个场景，执行一个搬运的action，搬运过程中客户端会不断的发回反馈信息，最终完成整个搬运过程。
首先写handling.action文件,类比如上的格式.包括三个部分,目标,结果,反馈.如下:

# Define the goal
uint32 handling_id
---
# Define the result
uint32 Handling_completed
---
# Define a feedback message
float32 percent_complete

写完之后修改文件夹里CmakeLists.txt如下内容:

1. find_package(catkin REQUIRED genmsg actionlib_msgs actionlib)
2. add_action_files(DIRECTORY action FILES DoDishes.action)
generate_messages(DEPENDENCIES actionlib_msgs)
3. add_action_files(DIRECTORY action FILES Handling.action)
4. generate_messages( DEPENDENCIES actionlib_msgs)

修改package.xml,添加所需要的依赖如下:

1. <build_depend>actionlib </build_depend>
2. <build_depend>actionlib_msgs</build_depend>
3. <run_depend>actionlib</run_depend>
4. <run_depend>actionlib_msgs</run_depend>

然后回到工作空间 catkin_ws 进行编译:
定义了一个搬运的例子,首先写客户端,实现功能发送action请求,包括进行目标活动,或者目标活动.之后写服务器,实验返回客户端活动当前状态信息,结果信息,和反馈信息.从而实现action.

 

 

 

 

 

 

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