ROS探索总结(三十二)——action

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ROS中常用的通讯机制是topicservice,但是在很多场景下,这两种通讯机制往往满足不了我们的需求,比如上一篇博客我们讲到的机械臂控制,如果用topic发布一个运动目标,由于topic没有反馈,还需要另外订阅一个机械臂状态的topic,来获得运动过程的状态。如果用service来发布运动目标,虽然可以获得反馈,但是反馈只有一次,对于我们的控制来讲数据太少了,而且如果反馈迟迟没收到,也只能傻傻等待,干不了其他事情。那么有没有一种更加适合的通讯机制,来满足类似这样场景的需求呢?当然是有的,就是我们这篇要讲到的action通讯机制

一、什么是action

ROS中有一个actinlib的功能包集,实现了action的通讯机制。那么什么是action呢?action也是一种类似于service的问答通讯机制,不一样的地方是action还带有一个反馈机制,可以不断反馈任务的实施进度,而且可以在任务实施过程中,中止运行

回到我们前边提到的场景,我们使用action来发布一个机器人的运动目标,机器人接到这个action后,就开始运动,在运动过程中不断反馈当前的运动状态,在运动过程中我们可以取消运动,让机器人停止,如果机器人完成了运动目标,那么action会返回任务完成的标志

二、action的工作机

action采用了服务器端/客户端(client and server)的工作模式,如下图所示

clip_image002

clientserver之间通过actionlib定义的“action protocol”进行通讯。这种通讯协议是基于ROS的消息机制实现的,为用户提供了clientserver的接口,接口如下图所示

clip_image004

在上边的action的接口框图上,我们可以看到,clientserver端发布任务目标以及在必要的时候取消任务,server会向client发布当前的状态、实时的反馈和最终的任务结果

  1. goal:任务目
  2. cancel:请求取消任
  3. status:通知client当前的状
  4. feedback:周期反馈任务运行的监控数
  5. result:向client发送任务的执行结果,这个topic只会发布一次

 

三、action的定

ROS中的message是通过.msg文件来定义的,service是通过.srv定义,那么action是不是也是通过类似的方法定义呢?答案是肯定的,action通过.action文件定义,放置在功能包的action文件夹下,格式类似如下

  1. # Define the goal
  2. uint32 dishwasher_id  # Specify which dishwasher we want to use
  3. ---
  4. # Define the result
  5. uint32 total_dishes_cleaned
  6. ---
  7. # Define a feedback message 
  8. float32 percent_complete

从上边的.action文件示例中,我们可以发现,定义一个action需要三个部分:goalresultfeedback,具体含义在上一小节中已经讲过了

实现了.action之后,还需要将这个文件加入编译,在CMakeLists.txt文件中添加如下的编译规则

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

还需要在功能包的package.xml中添加

  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>

现在就可以进行编译了,编译完成后会产生一系列的.msg文件:

DoDishesAction.msg

DoDishesActionGoal.msg

DoDishesActionResult.msg

DoDishesActionFeedback.msg

DoDishesGoal.msg

DoDishesResult.msg

DoDishesFeedback.msg

 

这些不同的消息类型,我们在调用action时根据需要会用到。从这里我们也可以看到,action确实是基于message实现的

 

四、例程学

接下来,我们就来学习一下,如何实现一个action的客户端和服务器端,这里需要创建一个功能包,并且按照上边的方法完成action数据的定义。我这里创建的功能包命名为:action__tutorials,也可以在我的github上找到:https://github.com/huchunxu/ros_blog_sources

 

4.1 客户

在上节的action定义中,定义了一个洗盘子的任务,就以此为例,我们首先来实现一个客户端,发出action的请求

  1. #include <actionlib/client/simple_action_client.h>
  2. #include "action_tutorials/DoDishesAction.h"
  3.  
  4. typedef actionlib::SimpleActionClient<action_tutorials::DoDishesAction> Client;
  5.  
  6. // 当action完成后会调用次回调函数一次
  7. void doneCb(const actionlib::SimpleClientGoalState& state,
  8.         const action_tutorials::DoDishesResultConstPtr& result)
  9. {
  10.     ROS_INFO("Yay! The dishes are now clean");
  11.     ros::shutdown();
  12. }
  13.  
  14. // 当action激活后会调用次回调函数一次
  15. void activeCb()
  16. {
  17.     ROS_INFO("Goal just went active");
  18. }
  19.  
  20. // 收到feedback后调用的回调函数
  21. void feedbackCb(const action_tutorials::DoDishesFeedbackConstPtr& feedback)
  22. {
  23.     ROS_INFO(" percent_complete : %f ", feedback->percent_complete);
  24. }
  25.  
  26. int main(int argc, char** argv)
  27. {
  28.     ros::init(argc, argv, "do_dishes_client");
  29.  
  30.     // 定义一个客户端
  31.     Client client("do_dishes", true);
  32.  
  33.     // 等待服务器端
  34.     ROS_INFO("Waiting for action server to start.");
  35.     client.waitForServer();
  36.     ROS_INFO("Action server started, sending goal.");
  37.  
  38.     // 创建一个action的goal
  39.     action_tutorials::DoDishesGoal goal;
  40.     goal.dishwasher_id = 1;
  41.  
  42.     // 发送action的goal给服务器端,并且设置回调函数
  43.     client.sendGoal(goal,  &doneCb, &activeCb, &feedbackCb);
  44.  
  45.     ros::spin();
  46.  
  47.     return 0;
  48. }

 

4.2 服务器

接下来要实现服务器端的节点,完成洗盘子的任务,并且反馈洗盘子的实时进度

  1. #include <ros/ros.h>
  2. #include <actionlib/server/simple_action_server.h>
  3. #include "action_tutorials/DoDishesAction.h"
  4.  
  5. typedef actionlib::SimpleActionServer<action_tutorials::DoDishesAction> Server;
  6.  
  7. // 收到action的goal后调用的回调函数
  8. void execute(const action_tutorials::DoDishesGoalConstPtr& goal, Server* as)
  9. {
  10.     ros::Rate r(1);
  11.     action_tutorials::DoDishesFeedback feedback;
  12.  
  13.     ROS_INFO("Dishwasher %d is working.", goal->dishwasher_id);
  14.  
  15.     // 假设洗盘子的进度,并且按照1hz的频率发布进度feedback
  16.     for(int i=1; i<=10; i++)
  17.     {
  18.         feedback.percent_complete = i * 10;
  19.         as->publishFeedback(feedback);
  20.         r.sleep();
  21.     }
  22.  
  23.     // 当action完成后,向客户端返回结果
  24.     ROS_INFO("Dishwasher %d finish working.", goal->dishwasher_id);
  25.     as->setSucceeded();
  26. }
  27.  
  28. int main(int argc, char** argv)
  29. {
  30.     ros::init(argc, argv, "do_dishes_server");
  31.     ros::NodeHandle n;
  32.  
  33.     // 定义一个服务器
  34.     Server server(n, "do_dishes", boost::bind(&execute, _1, &server), false);
  35.  
  36.     // 服务器开始运行
  37.     server.start();
  38.  
  39.     ros::spin();
  40.  
  41.     return 0;
  42. }

4.3 运行效

编译运行,首先启动客户端的节点,由于服务端没有启动,客户端会保持等待;然后启动服务器端的节点,会立刻收到服务器端的请求,并且开始任务、发送反馈,在客户端可以看到反馈的进度信息

·         客户端

clip_image006

·         服务器端:

clip_image008

 

这个例程是我根据官方的例程修改而来,加入了反馈的回调,有兴趣的读者也可以参考actionwiki,进行更加深入的学习

 


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