第二章 ROS的通訊機制（重點）

第二節 服務通訊

服務通訊時基於請求響應模式的，是一種應答機制。也就是一個節點A向另外一個節點B傳送請求，B接收處理請求併產生相應結果返回給A。比如下面的應用場景：

機器人巡邏過程中，控制系統分析感測器資料發現可疑物體或人... 此時需要拍攝照片並留存。

在上述場景中，就使用到了服務通訊。一個節點需要向相機節點發送拍照請求，相機節點處理請求，並返回處理結果。

與上述應用類似的，服務通訊更適用於對實時性有要求、具有一定邏輯處理的應用場景。

2.2.1 理論模型

模型中包含3個角色：

• Master ---> 管理者
• Server ---> 服務端
• Client ---> 客戶端

框圖：

其主要流程如下：

1. 服務端註冊自身資訊；
2. 客戶端請求服務；
3. 管理者匹配話題，並把服務端的地址給客戶端；
4. 客戶端與客戶端建立連線，請求資料；
5. 服務端產生相應。

注意：

1. 保證順序，客戶端發起請求時，服務端必須已啟動。
2. 客戶端和服務端都可以存在多個。

關注點：

1. 流程已經被封裝了，直接呼叫就可以了；
2. 話題；
3. 服務端；
4. 客戶端；
5. 資料載體。

2.2.2 一個案例

需求：編寫服務通訊，客戶端提交兩個整數至服務端，服務端求和並響應結果到客戶端。

2.2.3 編寫 srv 檔案

1. 為案例建立一個功能包：

這個不多介紹了。

2. 在功能包下建立一個srv資料夾，並在其中建立xxx.srv檔案。

3. 修改配置檔案：

在package.xml中新增srv（也是msg）相關的編譯依賴和執行依賴：

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

在CMakeLists.txt中新增srv相關配置：

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
  roscpp
  rospy
  std_msgs
  message_generation
)
# 需要加入 message_generation,必須有 std_msgs
add_service_files(
  FILES
  AddInts.srv
)
generate_messages(
  DEPENDENCIES
  std_msgs
)

4. 編譯檔案：

編譯後在(.../工作空間/devel/include/包名/xxx.h)路徑下會自動生成一些中間檔案。

到這裡，我們自定義的一個srv就完成了。

2.2.4 編寫服務端節點

5. 編寫服務端節點：

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

/* 
    服務端實現：解析客戶端提交的資料，並運算再產生響應
        1. 包含標頭檔案；
        2. 初始化ROS節點；
        3. 建立節點控制代碼；
        4. 建立一個服務物件；
        5. 處理請求併產生相應；
        6. spin()
*/
bool doNums(plumbing_server_client::Addints::Request &request,
            plumbing_server_client::Addints::Response &response)
{
    // 1. 處理請求
    int num1 = request.num1;
    int num2 = request.num2;
    ROS_INFO("收到的資料是:num1 = %d, num2 = %d", num1, num2);
    // 2. 組織響應
    int sum = num1 + num2;
    response.sum = sum;
    ROS_INFO("求和結果是：sum = %d", sum);

    return true;
}

int main(int argc, char *argv[])
{   
        setlocale(LC_ALL,"");
        // 2. 初始化ROS節點；
        ros::init(argc,argv,"Heishui"); // 節點名稱需要保證唯一
        // 3. 建立節點控制代碼；
        ros::NodeHandle nh;
        // 4. 建立一個服務物件；
        ros::ServiceServer server = nh.advertiseService("Addints",doNums);
        ROS_INFO("伺服器啟動");
        // 5. 處理請求併產生相應；

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

6. 修改CMakeLists.txt：

老生常談的修改方式，把節點和功能包新增到CMakeList.txt

7. 編譯 + 執行：

ctrl + shift + B 編譯。然後執行節點。

首先roscore

然後開啟一個新的終端，執行服務端節點：

source ./devel/setup.bash 
rosrun plumbing_server_client demo01_service 

8. 使用ROS指令來接收服務：

首先，右擊terminal將其頁面分割成兩個，方便我們同時檢視客戶端和服務端。

然後，在新的terminal中輸入:

source ./devel/setup.bash 
rosservice call Addints [tab]

上面的程式碼中Addints是我命名的服務端節點，輸入完按鍵盤上的tab鍵自動補齊，然後就出現了我們的請求服務端是需要輸入的兩個數字。

終端裡可以的兩個數字可以自行修改（Ubuntu的終端不能直接用滑鼠點，需要用鍵盤的左右方向鍵）

看到這個，我們就可以確定服務端編寫成功！

2.2.5 編寫客戶端節點

9. 編寫使用者端：

對照著服務端進行編寫就可以了：

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

/* 
    客戶端：提交兩個整數，並處理相應的結果。

        1. 包含標頭檔案；
        2. 初始化ROS節點；
        3. 建立節點控制代碼；
        4. 建立一個客戶端物件；
        5. 提交請求並處理響應； 
*/

int main(int argc, char *argv[])
{
    setlocale(LC_ALL,"");
    //     2. 初始化ROS節點；
    ros::init(argc,argv,"Dabao");
    //     3. 建立節點控制代碼；
    ros::NodeHandle nh;
    //     4. 建立一個客戶端物件；
    ros::ServiceClient client = nh.serviceClient<plumbing_server_client::Addints>("Addints");
    //     5. 提交請求並處理響應； 
    plumbing_server_client::Addints ai;
    //     5-1. 組織請求
    ai.request.num1 = 100;
    ai.request.num2 = 200;
    //     5-2. 處理響應
    bool flag = client.call(ai);
    if (flag)
    {
        ROS_INFO("響應成功！");
        // 獲取結果
        ROS_INFO("兩數之和是：%d",ai.response.sum);
    }
    else
        ROS_INFO("處理失敗！");
    return 0;
}

10. 修改CMakeLists.txt：

11. 編譯 + 執行：

這裡之間放執行結果：

2.2.5 優化客戶端節點

1. 要讓命令輸入的時候可以傳參，就要用到main()括號中的argc, argv了那麼我們在客戶端主函式體的最前面寫入：

// 優化實現，獲取命令中的引數：
    if(argc != 3)
    {
        ROS_INFO("提交的引數數量不正確！");
        return 1;
    }

這一部分是要求命令必須傳入3個引數，否則之間就返回了。著三個引數分別是： 節點名，num1和num2。

寫完後，我們把後面的組織請求處修改一下：

//     5-1. 組織請求
ai.request.num1 = atoi(argv[1]);
ai.request.num2 = atoi(argv[2]);

讓請求的ai的兩個值分別傳入兩個引數。

我們輸入下次命令，看一下結果：

rosrun plumbing_server_client demo01_client 1 5

和

rosrun plumbing_server_client demo01_client

2. 我們之前說過，在服務通訊的方式中，一定要先啟動伺服器，但是有時我們使用launch 啟動一堆節點的時候，先後順序也許就不對了，為了避免之間報錯，我們需要再次優化客戶端節點

在ROS中，有2個函式可以做到讓客戶端啟動後掛起，等待伺服器啟動。

//     函式1
client.waitForExistence();
//     函式2
ros::service::waitForService("伺服器的節點名稱");

這兩個函式選擇其中一個就可以了，位置是放在判斷響應之前。那麼這個完整的伺服器函式就如下：

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

/* 
    客戶端：提交兩個整數，並處理相應的結果。

        1. 包含標頭檔案；
        2. 初始化ROS節點；
        3. 建立節點控制代碼；
        4. 建立一個客戶端物件；
        5. 提交請求並處理響應； 

    實現引數的動態提交：
        1. 格式： rosrun xxx xxx 12 32
        2. 節點執行時，需要獲取命令中的引數，並組織進 request

    問題：
        如果先啟動客戶端，那麼就會請求異常
    需求：
        如果先啟動客戶端，不要直接丟擲異常，而是掛起，等在伺服器啟動後再正常請求
    解決：
        ROS中的內建函式可以讓客戶端啟動後掛起，等待伺服器啟動。
*/

int main(int argc, char *argv[])
{
    setlocale(LC_ALL,"");
    // 優化實現，獲取命令中的引數：
    if(argc != 3)
    {
        ROS_INFO("提交的引數數量不正確！");
        return 1;
    }

    //     2. 初始化ROS節點；
    ros::init(argc,argv,"Dabao");
    //     3. 建立節點控制代碼；
    ros::NodeHandle nh;
    //     4. 建立一個客戶端物件；
    ros::ServiceClient client = nh.serviceClient<plumbing_server_client::Addints>("Addints");
    //     5. 提交請求並處理響應； 
    plumbing_server_client::Addints ai;
    //     5-1. 組織請求
    ai.request.num1 = atoi(argv[1]);
    ai.request.num2 = atoi(argv[2]);
    //     5-2. 處理響應
    //     呼叫判斷伺服器狀態的函式
    //     函式1
    //client.waitForExistence();
    //     函式2
    ros::service::waitForService("Addints");
    bool flag = client.call(ai);
    if (flag)
    {
        ROS_INFO("響應成功！");
        // 獲取結果
        ROS_INFO("兩數之和是：%d",ai.response.sum);
    }
    else
        ROS_INFO("處理失敗！");
    return 0;
}

當我們先啟動客戶端後啟動服務端的結果是：