ROS2學習之旅（15）——編寫簡單的服務和客戶節點（C++）

Love&Robot發表於2021-07-15
ROSC++

當節點使用服務進行通訊時，傳送資料請求的節點稱為客戶節點，響應請求的節點稱為服務節點。請求和響應的結構由.srv檔案決定。

本文的例子是一個簡單的整數加法系統：一個節點請求兩個整數的和，另一個節點響應結果。

1.建立功能包

在開始之前，確保ROS2的環境變數正確配置。

其次，包應該在src目錄下，不是在工作空間的根目錄下。所以，導航到dev_ws下，並建立一個新的包：

ros2 pkg create --build-type ament_cmake cpp_srvcli --dependencies rclcpp example_interfaces

終端將返回一條訊息，驗證cpp_srvcli包及其所有必需的檔案和資料夾的建立。

going to create a new package
package name: cpp_srvcli
destination directory: /home/**/dev_ws/src
package format: 3
version: 0.0.0
description: TODO: Package description
maintainer: ['** <**@todo.todo>']
licenses: ['TODO: License declaration']
build type: ament_cmake
dependencies: ['rclcpp', 'example_interfaces']
creating folder ./cpp_srvcli
creating ./cpp_srvcli/package.xml
creating source and include folder
creating folder ./cpp_srvcli/src
creating folder ./cpp_srvcli/include/cpp_srvcli
creating ./cpp_srvcli/CMakeLists.txt

--dependencies引數將自動將必要的依賴項新增到package.xml和CMakeLists.txt。example_interfaces是包含.srv檔案的包，通過此來構造請求和響應:

int64 a
int64 b
---
int64 sum

前兩行是請求的引數，破折號下面是響應的引數。在以後的專案中，往往會自己編寫.srv檔案。

1.1更新package.xml

由於在包建立過程中使用了--dependencies選項，所以不必手動向package.xml或CMakeLists.txt新增依賴項。

但是，與往常一樣，請確保將描述、維護人員電子郵件和名稱以及許可資訊新增到package.xml。

<description>C++ client server tutorial</description>
<maintainer email="you@email.com">Your Name</maintainer>
<license>Apache License 2.0</license>

2.編寫服務節點

在dev_ws/src/cpp_srvcli/src資料夾下，建立一個名為add_two_ints_server.cpp的新檔案（可以使用touch命令），並將以下程式碼貼上到其中：

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "example_interfaces/srv/add_two_ints.hpp"

#include <memory>

void add(const std::shared_ptr<example_interfaces::srv::AddTwoInts::Request> request,
          std::shared_ptr<example_interfaces::srv::AddTwoInts::Response>      response)
{
  response->sum = request->a + request->b;
  RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Incoming request\na: %ld" " b: %ld",
                request->a, request->b);
  RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "sending back response: [%ld]", (long int)response->sum);
}

int main(int argc, char **argv)
{
  rclcpp::init(argc, argv);

  std::shared_ptr<rclcpp::Node> node = rclcpp::Node::make_shared("add_two_ints_server");

  rclcpp::Service<example_interfaces::srv::AddTwoInts>::SharedPtr service =
    node->create_service<example_interfaces::srv::AddTwoInts>("add_two_ints", &add);

  RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Ready to add two ints.");

  rclcpp::spin(node);
  rclcpp::shutdown();
}

2.1審閱程式碼

前兩個#include語句是包的依賴項。

add函式從請求中獲取兩個整數，並將其和提供給響應，同時使用日誌通知控制檯其狀態。

void add(const std::shared_ptr<example_interfaces::srv::AddTwoInts::Request> request,
         std::shared_ptr<example_interfaces::srv::AddTwoInts::Response>      response)
{
    response->sum = request->a + request->b;
    RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Incoming request\na: %ld" " b: %ld",
        request->a, request->b);
    RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "sending back response: [%ld]", (long int)response->sum);
}

main函式的實現如下，逐行執行:

  • 初識化ROS2 C++庫:
rclcpp::init(argc, argv);
  • 建立一個名為add_two_ints_server的節點：
std::shared_ptr<rclcpp::Node> node = rclcpp::Node::make_shared("add_two_ints_server");
  • 為該節點建立一個名為add_two_ints的服務，並通過&add方法自動在網路上釋出它：
rclcpp::Service<example_interfaces::srv::AddTwoInts>::SharedPtr service =
node->create_service<example_interfaces::srv::AddTwoInts>("add_two_ints", &add);
  • 當節點準備好時，列印log資訊：
RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Ready to add two ints.");
  • 啟動節點，使得節點可用:
rclcpp::spin(node);

2.2新增可執行程式

add_executable巨集生成一個可以使用ros2 run執行的可執行檔案。將以下程式碼塊新增到CMakeLists.txt中，建立一個名為server的可執行檔案:

add_executable(server src/add_two_ints_server.cpp)
ament_target_dependencies(server rclcpp example_interfaces)

為了讓ros2 run可以找到可執行檔案，在檔案末尾ament_package()之前新增以下程式碼：

install(TARGETS
  server
  DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})

至此，server建立完畢。

3.編寫客戶節點

在dev_ws/src/cpp_srvcli/src資料夾中，建立一個名為add_two_ints_client.cpp的新檔案，並將以下程式碼貼上到其中:

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "example_interfaces/srv/add_two_ints.hpp"

#include <chrono>
#include <cstdlib>
#include <memory>

using namespace std::chrono_literals;

int main(int argc, char **argv)
{
  rclcpp::init(argc, argv);

  if (argc != 3) {
      RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "usage: add_two_ints_client X Y");
      return 1;
  }

  std::shared_ptr<rclcpp::Node> node = rclcpp::Node::make_shared("add_two_ints_client");
  rclcpp::Client<example_interfaces::srv::AddTwoInts>::SharedPtr client =
    node->create_client<example_interfaces::srv::AddTwoInts>("add_two_ints");

  auto request = std::make_shared<example_interfaces::srv::AddTwoInts::Request>();
  request->a = atoll(argv[1]);
  request->b = atoll(argv[2]);

  while (!client->wait_for_service(1s)) {
    if (!rclcpp::ok()) {
      RCLCPP_ERROR(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Interrupted while waiting for the service. Exiting.");
      return 0;
    }
    RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "service not available, waiting again...");
  }

  auto result = client->async_send_request(request);
  // Wait for the result.
  if (rclcpp::spin_until_future_complete(node, result) ==
    rclcpp::FutureReturnCode::SUCCESS)
  {
    RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Sum: %ld", result.get()->sum);
  } else {
    RCLCPP_ERROR(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Failed to call service add_two_ints");
  }

  rclcpp::shutdown();
  return 0;
}

3.1審閱程式碼

與服務節點類似，以下程式碼行建立客戶節點：

std::shared_ptr<rclcpp::Node> node = rclcpp::Node::make_shared("add_two_ints_client");
rclcpp::Client<example_interfaces::srv::AddTwoInts>::SharedPtr client =
  node->create_client<example_interfaces::srv::AddTwoInts>("add_two_ints");

接下來，建立請求。它的結構由前面提到的.srv檔案定義。

auto request = std::make_shared<example_interfaces::srv::AddTwoInts::Request>();
request->a = atoll(argv[1]);
request->b = atoll(argv[2]);

while迴圈給客戶節點1秒的時間來搜尋網路中的服務節點。如果找不到，它就會繼續等待。

RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "service not available, waiting again...");

如果客戶節點被取消(例如，在終端中輸入Ctrl+C)，它將返回一個錯誤日誌訊息，說明它被中斷了。

RCLCPP_ERROR(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Interrupted while waiting for the service. Exiting.");
  return 0;

然後客戶節點傳送它的請求，啟動節點直到收到響應，或者失敗。

3.2新增可行性程式

返回CMakeLists.txt為新節點新增可執行檔案和目標。從自動生成的檔案中刪除一些不必要的資訊後，整體的CMakeLists.txt應該是這樣的：

cmake_minimum_required(VERSION 3.5)
project(cpp_srvcli)

find_package(ament_cmake REQUIRED)
find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(example_interfaces REQUIRED)

add_executable(server src/add_two_ints_server.cpp)
ament_target_dependencies(server
  rclcpp example_interfaces)

add_executable(client src/add_two_ints_client.cpp)
ament_target_dependencies(client
  rclcpp example_interfaces)

install(TARGETS
  server
  client
  DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})

ament_package()

4.編譯和執行

回到工作空間的根目錄，並編譯包:

colcon build --packages-select cpp_srvcli

開啟一個新的終端，導航到dev_ws，source配置檔案：

. install/setup.bash

接下來執行服務節點：

ros2 run cpp_srvcli server

此時，終端返回：

[INFO] [rclcpp]: Ready to add two ints.

開啟另一個終端，再次從dev_ws中source配置檔案。啟動客戶端節點，後面跟著以空格分隔的任意兩個整數:

ros2 run cpp_srvcli client 2 3

此時，終端返回：

[INFO] [rclcpp]: Sum: 5

返回服務節點正在執行的終端，將看到收到請求以及它發回的響應：

[INFO] [rclcpp]: Incoming request
a: 2 b: 3
[INFO] [rclcpp]: sending back response: [5]

5.總結

本文建立了兩個節點來進行服務請求和響應資料，並將它們的依賴項和可執行檔案新增到包配置檔案中，以便編譯和執行它們，並檢視工作中的服務/客戶機系統。

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