ROS2服务通信

官方文档链接：了解服务

1. 服务的概念

1.1 概念介绍

服务分为客户端和服务端，平时我们用的手机APP都可以成为客户端，而APP服务器对于软件来说就是服务端。具体流程包括客户端发送请求给服务端，服务端可以根据客户端的请求做一些处理，然后返回结果给客户端。所以服务-客户端模型，也可以成为请求-响应模型。如不理解请看动图：服务通信

1.2 服务的特点

上一章我们介绍了ROS2的话题通信，那么服务通信和话题通信有什么区别呢？是有的，服务通信和话题通信的区别在于：

同一个服务只能有一个服务端，但是可以有多个客户端，但是话题通信没有这个限制。
服务通信是一对一的通信，客户端发送请求给服务端，服务端返回结果给对应客户端，而话题通信是一对多的通信，发布者发布消息，所有的订阅者都可以接收到消息。

一种通俗的理解：

外卖餐馆是服务端，客户是客户端，可以有多个客户(client)同时点餐(request)，每个客户点餐后，餐馆(server)做菜并通过外卖小哥送回客户所点的菜品(response)。你点餐就做菜，不点餐就不做菜，这就是服务通信。
而话题通信相当于你去学校食堂吃快餐。学校的食堂（publisher），根据统一的配方（interface）做好快餐(topic)并在窗口发布（publish），你(subscriber)可以选择吃（subscribe）或者不吃，但是食堂会一直批量生产快餐，不会因为你不吃而停止生产。

1.3 应用场景

服务通信的概念在机器人控制上的应用有很多，以下是一些常见的可以通过服务-客户端任务构建的机器人任务：

哨兵机器人导航：机器人通过服务请求导航节点，导航节点返回机器人的导航路径。
工程机器人机械臂抓取：机器人本体通过客户端请求机械臂节点完成抓取任务，机械臂节点返回抓取结果（成功/失败）。一般来说，服务通信适用于一些需要请求-响应的任务，这种任务一般来说是非周期性的，是根据需要偶尔执行的任务。由于服务通信的请求和响应有一定的延迟，所以尽量不要使用服务通信来实现实时通信。而话题通信适用于一些需要实时传输数据的任务，这种任务一般是周期性的，比如机器人关节角度的实时发布，激光雷达的实时数据发布等。

2. 服务的实现

2.1 服务接口定义

服务的接口定义和话题的接口定义类似，也是通过IDL文件来定义的。话题通信的IDL文件是.msg文件，而服务通信的IDL文件是.srv文件。服务在 ROS 包的 'srv/' 目录下的 '.srv' 文件中进行描述和定义。

一个服务描述文件由请求和响应的消息类型组成，用 '---' 分隔。任何两个 '.msg' 文件通过 '---' 连接在一起都构成一个合法的服务描述。

下面是一个简单的服务接口定义的例子：

bash

ros2 pkg create example_interfaces --build-type ament_cmake --dependencies rosidl_default_generators builtin_interfaces

以下是代码：

example_interfaces/srv/AddTwoInts.srvexample_interfaces/CMakeLists.txtexample_interfaces/package.xml

idl

# example_interfaces/srv/AddTwoInts.srv
int64 a
int64 b
---
int64 sum

Cmake

cmake_minimum_required(VERSION 3.8)
project(example_interfaces)

if(CMAKE_COMPILER_IS_GNUCXX OR CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "Clang")
  add_compile_options(-Wall -Wextra -Wpedantic)
endif()

# find dependencies
find_package(ament_cmake REQUIRED)
find_package(rosidl_default_generators REQUIRED)
find_package(builtin_interfaces REQUIRED)
rosidl_generate_interfaces(${PROJECT_NAME}
  "srv/AddTwoInts.srv"
  DEPENDENCIES builtin_interfaces// [!code focus]
)// [!code focus]

if(BUILD_TESTING)
  find_package(ament_lint_auto REQUIRED)
  # the following line skips the linter which checks for copyrights
  # comment the line when a copyright and license is added to all source files
  set(ament_cmake_copyright_FOUND TRUE)
  # the following line skips cpplint (only works in a git repo)
  # comment the line when this package is in a git repo and when
  # a copyright and license is added to all source files
  set(ament_cmake_cpplint_FOUND TRUE)
  ament_lint_auto_find_test_dependencies()
endif()

ament_package()

XML

<?xml version="1.0"?>
<?xml-model href="http://download.ros.org/schema/package_format3.xsd" schematypens="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"?>
<package format="3">
  <name>example_interfaces</name>
  <version>0.0.0</version>
  <description>TODO: Package description</description>
  <maintainer email="[email protected]">shidong</maintainer>
  <license>TODO: License declaration</license>

  <buildtool_depend>ament_cmake</buildtool_depend>

  <depend>rosidl_default_generators</depend>
  <depend>builtin_interfaces</depend>
  <member_of_group>rosidl_interface_packages</member_of_group>// [!code focus]

  <test_depend>ament_lint_auto</test_depend>
  <test_depend>ament_lint_common</test_depend>

  <export>
    <build_type>ament_cmake</build_type>
  </export>
</package>

上面的例子定义了一个服务接口，请求消息类型是两个 int64 类型的数据 a 和 b，响应消息类型是一个 int64 类型的数据 sum。这个服务的作用是将 a 和 b 相加，然后返回结果 sum。

回到工作空间目录进行编译

bash

colcon build --allow-overriding example_interfaces

bash

source install/setup.bash

通过以下命令查看生成的服务接口

bash

ros2 interface show example_interfaces/srv/AddTwoInts

如果一切正常，你会看到以下输出：

bash

# example_interfaces/srv/AddTwoInts.srv
int64 a
int64 b
---
int64 sum

2.2服务端实现

服务端的实现和话题的发布者实现类似，也是通过创建一个节点，然后创建一个服务来实现的。下面是一个简单的服务端实现的例子：在src目录下构建服务端接口功能包：

bash

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

以下是代码：

example_service/src/add_two_ints_server.cppexample_service/CMakeLists.txtexample_service/package.xml

cpp

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"  // 包含ROS 2核心库的头文件
#include "example_interfaces/srv/add_two_ints.hpp"  // 包含AddTwoInts服务的定义

// 定义一个类AddTwoIntsServer继承自rclcpp::Node，用于实现服务节点
class AddTwoIntsServer : public rclcpp::Node
{
public:
    // 构造函数
    AddTwoIntsServer()
        : Node("add_two_ints_server")  // 初始化父类Node，并命名节点为"add_two_ints_server"
    {
        // 创建一个服务对象
        // 参数1: 服务名称 "add_two_ints"
        // 参数2: 服务处理函数，使用std::bind绑定成员函数handle_service
        service_ = this->create_service<example_interfaces::srv::AddTwoInts>(
            "add_two_ints", 
            std::bind(&AddTwoIntsServer::handle_service, this, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2));
        
        // 在日志中输出服务已启动的提示信息
        RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Service is ready to add two integers.");
    }

private:
    // 服务处理函数
    // 参数1: 客户端请求的指针，包含两个整型数a和b
    // 参数2: 服务响应的指针，用于返回计算结果sum
    void handle_service(
        const std::shared_ptr<example_interfaces::srv::AddTwoInts::Request> request,
        std::shared_ptr<example_interfaces::srv::AddTwoInts::Response> response)
    {
        // 将客户端发送的两个整型数相加，并将结果赋值给响应中的sum字段
        response->sum = request->a + request->b;
        
        // 打印接收到的请求和发送的响应日志
        RCLCPP_INFO(
            this->get_logger(),
            "Incoming request: a=%ld, b=%ld; Sending response: sum=%ld",
            request->a, request->b, response->sum);
    }

    // 服务对象的共享指针，用于管理服务的生命周期
    rclcpp::Service<example_interfaces::srv::AddTwoInts>::SharedPtr service_;
};

// 主函数
int main(int argc, char **argv)
{
    // 初始化ROS 2客户端库
    rclcpp::init(argc, argv);

    // 创建AddTwoIntsServer节点并启动服务
    rclcpp::spin(std::make_shared<AddTwoIntsServer>());

    // ROS 2关闭时清理资源
    rclcpp::shutdown();
    return 0;
}

Cmake

cmake_minimum_required(VERSION 3.8)
project(example_service)

if(CMAKE_COMPILER_IS_GNUCXX OR CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "Clang")
  add_compile_options(-Wall -Wextra -Wpedantic)
endif()

# find dependencies
find_package(ament_cmake REQUIRED)
find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(example_interfaces REQUIRED)
add_executable(add_two_ints_server src/add_two_ints_server.cpp) // [!code focus]
ament_target_dependencies(add_two_ints_server rclcpp example_interfaces) // [!code focus]
install(TARGETS // [!code focus]
        add_two_ints_server  // [!code focus]
        DESTINATION lib/${PROJECT_NAME}) // [!code focus]


if(BUILD_TESTING)
  find_package(ament_lint_auto REQUIRED)
  # the following line skips the linter which checks for copyrights
  # comment the line when a copyright and license is added to all source files
  set(ament_cmake_copyright_FOUND TRUE)
  # the following line skips cpplint (only works in a git repo)
  # comment the line when this package is in a git repo and when
  # a copyright and license is added to all source files
  set(ament_cmake_cpplint_FOUND TRUE)
  ament_lint_auto_find_test_dependencies()
endif()

ament_package()

XML

<?xml version="1.0"?>
<?xml-model href="http://download.ros.org/schema/package_format3.xsd" schematypens="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"?>
<package format="3">
  <name>example_service</name>
  <version>0.0.0</version>
  <description>TODO: Package description</description>
  <maintainer email="[email protected]">shidong</maintainer>
  <license>TODO: License declaration</license>

  <buildtool_depend>ament_cmake</buildtool_depend>

  <depend>rclcpp</depend>
  <depend>example_interfaces</depend>

  <test_depend>ament_lint_auto</test_depend>
  <test_depend>ament_lint_common</test_depend>

  <export>
    <build_type>ament_cmake</build_type>
  </export>
</package>

写好代码后，编译节点：

bash

colcon build --allow-overriding example_interfaces

bash

source install/setup.bash

运行服务端节点：

bash

ros2 run example_service add_two_ints_server

服务端会输出服务已启动的提示信息，类似如下：

bash

[INFO] [1734720047.138933760] [add_two_ints_server]: Service is ready to add two integers.

我们可以通过 ros2 service list 命令查看当前运行的服务：

bash

ros2 service list

如果一切正常，你会看到以下输出，说明服务已经运行：

bash

/add_two_ints
/add_two_ints_server/describe_parameters
/add_two_ints_server/get_parameter_types
/add_two_ints_server/get_parameters
/add_two_ints_server/list_parameters
/add_two_ints_server/set_parameters
/add_two_ints_server/set_parameters_atomically

其中 /add_two_ints 是我们创建的服务，/add_two_ints_server/describe_parameters 等是 ROS 2 内部的服务,用于参数管理。

我们目前没有编写客户端，所以我们现在使用 ros2 service call 命令手动发送请求，来模拟客户端发送请求。例如将 a=10 和 b=20 发送到服务端：

bash

ros2 service call /add_two_ints example_interfaces/srv/AddTwoInts "{a: 10, b: 20}"

服务端会输出请求和响应的信息，类似如下：

bash

requester: making request: example_interfaces.srv.AddTwoInts_Request(a=10, b=20)

response:
example_interfaces.srv.AddTwoInts_Response(sum=30)

说明服务端已经成功接收到请求，并返回了计算结果 sum=30。

2.3 客户端实现

客户端的实现和话题的订阅者实现类似，也是通过创建一个节点，然后创建一个客户端来实现的。下面是一个简单的客户端实现的例子：

example_service/src/add_two_ints_client.cppexample_service/CMakeLists.txt

cpp

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"  // ROS 2 核心头文件
#include "example_interfaces/srv/add_two_ints.hpp"  // 服务定义头文件

class AddTwoIntsClient : public rclcpp::Node
{
public:
    AddTwoIntsClient()
        : Node("add_two_ints_client")  // 初始化父类Node，并命名为"add_two_ints_client"
    {
        // 创建一个客户端对象，指定服务类型和名称
        client_ = this->create_client<example_interfaces::srv::AddTwoInts>("add_two_ints");
    }

    // 向服务发送请求并获取结果
    int64_t send_request(int64_t a, int64_t b)
    {
        // 等待服务可用
        while (!client_->wait_for_service(std::chrono::seconds(5)))
        {
            if (!rclcpp::ok())  // 如果节点被终止，退出等待
            {
                RCLCPP_ERROR(this->get_logger(), "Interrupted while waiting for the service. Exiting.");
                return -1;
            }
            RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Service not available, waiting again...");
        }

        // 创建请求对象
        auto request = std::make_shared<example_interfaces::srv::AddTwoInts::Request>();
        request->a = a;
        request->b = b;

        // 发送请求并等待响应
        auto result_future = client_->async_send_request(request);
        if (rclcpp::spin_until_future_complete(this->get_node_base_interface(), result_future) ==
            rclcpp::FutureReturnCode::SUCCESS)
        {
            // 获取服务响应
            auto response = result_future.get();
            RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Received response: sum=%ld", response->sum);
            return response->sum;
        }
        else
        {
            RCLCPP_ERROR(this->get_logger(), "Failed to call service add_two_ints.");
            return -1;
        }
    }

private:
    // 客户端对象的共享指针，用于管理客户端的生命周期
    rclcpp::Client<example_interfaces::srv::AddTwoInts>::SharedPtr client_;
};

int main(int argc, char **argv)
{
    // 初始化ROS 2
    rclcpp::init(argc, argv);

    // 创建AddTwoIntsClient节点
    auto client_node = std::make_shared<AddTwoIntsClient>();

    // 定义要发送的参数
    int64_t a = 10;
    int64_t b = 20;

    // 调用服务并接收响应
    int64_t sum = client_node->send_request(a, b);

    // 如果调用成功，打印结果
    if (sum != -1)
    {
        RCLCPP_INFO(client_node->get_logger(), "Sum of %ld and %ld is %ld", a, b, sum);
    }

    // 关闭ROS 2
    rclcpp::shutdown();
    return 0;
}

Cmake

cmake_minimum_required(VERSION 3.8)
project(example_service)

if(CMAKE_COMPILER_IS_GNUCXX OR CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "Clang")
  add_compile_options(-Wall -Wextra -Wpedantic)
endif()

# find dependencies
find_package(ament_cmake REQUIRED)
find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(example_interfaces REQUIRED)

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


add_executable(add_two_ints_client src/add_two_ints_client.cpp)// [!code focus]
ament_target_dependencies(add_two_ints_client rclcpp example_interfaces)// [!code focus]

install(TARGETS 
        add_two_ints_server 
        add_two_ints_client// [!code focus]
        DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})


if(BUILD_TESTING)
  find_package(ament_lint_auto REQUIRED)
  # the following line skips the linter which checks for copyrights
  # comment the line when a copyright and license is added to all source files
  set(ament_cmake_copyright_FOUND TRUE)
  # the following line skips cpplint (only works in a git repo)
  # comment the line when this package is in a git repo and when
  # a copyright and license is added to all source files
  set(ament_cmake_cpplint_FOUND TRUE)
  ament_lint_auto_find_test_dependencies()
endif()

ament_package()

写好代码后，编译节点：

bash

colcon build --allow-overriding example_interfaces

bash

source install/setup.bash

先运行服务端节点，然后运行客户端节点：

bash

ros2 run example_service add_two_ints_server

bash

ros2 run example_service add_two_ints_client

客户端会发送请求到服务端，服务端会返回计算结果，客户端会打印出计算结果，类似如下：

bash

[INFO] [1734687434.059710704] [add_two_ints_client]: Received response: sum=30
[INFO] [1734687434.059772158] [add_two_ints_client]: Sum of 10 and 20 is 30

至此，服务端和客户端的实现就完成了。在这个例子中，我们通过服务通信实现了一个简单的加法服务，客户端发送两个整型数 a 和 b 到服务端，服务端将 a 和 b 相加，然后返回结果 sum 给客户端。这个例子展示了服务通信的基本流程，你可以根据自己的需求来定义更复杂的服务接口和实现。

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任务6-7(C++)

任务8-9(CV)

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任务14(ros)

ROS2服务通信

1. 服务的概念

1.1 概念介绍

1.2 服务的特点

1.3 应用场景

2. 服务的实现

2.1 服务接口定义

2.2服务端实现

2.3 客户端实现

ROS2服务通信 ​

1. 服务的概念 ​

1.1 概念介绍 ​

1.2 服务的特点 ​

1.3 应用场景 ​

2. 服务的实现 ​

2.1 服务接口定义 ​

2.2服务端实现 ​

2.3 客户端实现 ​

ROS2服务通信

1. 服务的概念

1.1 概念介绍

1.2 服务的特点

1.3 应用场景

2. 服务的实现

2.1 服务接口定义

2.2服务端实现

2.3 客户端实现