• ROS入门笔记(十二):动作编程 (C++)


    ROS入门笔记(十二):动作编程 (C++)

    [TOC]

    01 导读

    C++代码必须通过编译生成可执行文件;

    python代码是可执行文件,不需要编译;

    • 开发的功能包都放在catkin_ws这样一个工作空间里;
    • 新建的功能包取名为action_example;

    工作模式的结构示意图如下:

    什么是动作(action)

    • 一种问答通信机制;
    • 带有连续反馈;
    • 可以在任务过程中止运行;
    • 基于ROS的消息机制实现。

    通信双方在ROS Action Protocal下进行交流通信是通过接口来实现,如下图:

    Action的接口

    • goal:发布任务目标;
    • cancel:请求取消任务;
    • status:通知客户端当前的状态;
    • feedback:周期反馈任务运行的监控数据;
    • result:向客户端发送任务的执行结果,只发布一次。

    我们可以看到,客户端会向服务器发送目标指令和取消动作指令,而服务器则可以给客户端发送实时的状态信息,结果信息,反馈信息等等,从而完成了service没法做到的部分.

    02 功能包的创建

    在catkin_ws/src/目录下新建功能包action_example,并在创建时显式的指明依赖roscpp和actionlib actionlib_msgs,依赖actionlib actionlib_msgs将作为基本数据类型用于定义我们的服务类型。打开命令行终端,输入命令:

    $ cd ~/catkin_ws/src
    
    #创建功能包topic_example时,显式的指明依赖roscpp和std_msgs,
    #依赖会被默认写到功能包的CMakeLists.txt和package.xml中
    $ catkin_create_pkg action_example roscpp actionlib actionlib_msgs
    

    03 在功能包中创建action(动作)

    Action的工作原理是client-server模式,也是一个双向的通信模式。通信双方在ROS Action Protocol下通过消息进行数据的交流通信。client和server为用户提供一个简单的API来请求目标(在客户端)或通过函数调用和回调来执行目标(在服务器端)。

    3.1 自定义action

    利用动作库进行请求响应,动作的内容格式应包含三个部分,目标、反馈、结果。

    在功能包action_example目录下新建action目录,然后在action_example/action/目录中创建DoDishes.action文件

    # Define the goal  定义目标信息
    uint32 dishwasher_id  # Specify which dishwasher we want to use
    ---
    # Define the result  定义结果信息
    uint32 total_dishes_cleaned
    ---
    # Define a feedback message 定义周期反馈的信息
    float32 percent_complete
    

    3.2 在package.xml中添加功能包依赖

    action文件被转换成为C++,Python和其他语言的源代码:

    查看package.xml, 确保它包含以下语句:

    *部分ROS版本中的exec_depend需要改成run_depend

    <build_depend>actionlib</build_depend>
    <build_depend>actionlib_msgs</build_depend>
    <exec_depend>actionlib</exec_depend>
    <exec_depend>actionlib_msgs</exec_depend>
    

    3.3 在CMakeLists.txt添加编译选项

    ##1 Find catkin macros and libraries
    ##1 if COMPONENTS list like find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS xyz)
    ##1 is used, also find other catkin packages
    find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
      roscpp
      actionlib_msgs 
      actionlib
    )
    
    
    ##2 Generate actions in the 'action' folder
    add_action_files(
      FILES
      DoDishes.action
    )
    
    
    
    ##3 Generate added messages and services with any dependencies listed here
    generate_messages(
      DEPENDENCIES
      actionlib_msgs   
    )
    

    04 功能包的源代码编写

    在新建的功能包action_example/src目录下新建两个文件action_server.cpp和action_client.cpp,并将下面的代码分别填入。

    4.1 编写action_server.cpp

    如何实现一个动作服务器:

    • 初始化ROS节点;
    • 创建动作服务器实例;
    • 启动服务器,等待动作请求;
    • 在回调函数中完成动作服务功能的处理,并反馈进度信息;
    • 动作完成,发送结束信息。

    在action_example/src包中创建action_server.cpp文件:

    #include <ros/ros.h>
    #include <actionlib/server/simple_action_server.h>
    #include "action_example/DoDishesAction.h"
    
    typedef actionlib::SimpleActionServer<action_example::DoDishesAction> Server;
    
    // 收到action的goal后调用该回调函数
    void execute(const action_example::DoDishesGoalConstPtr& goal, Server* as)
    {
        ros::Rate r(1);
        action_example::DoDishesFeedback feedback;
    
        ROS_INFO("Dishwasher %d is working.", goal->dishwasher_id);
    
        // 假设洗盘子的进度,并且按照1hz的频率发布进度feedback
        for(int i=1; i<=10; i++)
        {
            feedback.percent_complete = i * 10;
            as->publishFeedback(feedback);
            r.sleep();
        }
    
        // 当action完成后,向客户端返回结果
        ROS_INFO("Dishwasher %d finish working.", goal->dishwasher_id);
        as->setSucceeded();
    }
    
    int main(int argc, char** argv)
    {
        ros::init(argc, argv, "do_dishes_server");
        ros::NodeHandle n;
    
        // 定义一个服务器
        Server server(n, "do_dishes", boost::bind(&execute, _1, &server), false);
        
        // 服务器开始运行
        server.start();
    
        ros::spin();
    
        return 0;
    }
    
    

    4.2 编写action_client.cpp

    如何实现一个动作客户端:

    • 初始化ROS节点;
    • 创建动作客户端实例;
    • 连接动作服务端;
    • 发送动作目标;
    • 根据不同类型的服务端反馈处理回调函数。

    在action_example/src包中创建action_client.cpp文件,并在其中粘贴以下內容:

    #include <actionlib/client/simple_action_client.h>
    #include "action_example/DoDishesAction.h"
    
    typedef actionlib::SimpleActionClient<action_example::DoDishesAction> Client;
    
    // 当action完成后会调用该回调函数一次
    void doneCb(const actionlib::SimpleClientGoalState& state,
            const action_example::DoDishesResultConstPtr& result)
    {
        ROS_INFO("Yay! The dishes are now clean");
        ros::shutdown();
    }
    
    // 当action激活后会调用该回调函数一次
    void activeCb()
    {
        ROS_INFO("Goal just went active");
    }
    
    // 收到feedback后调用该回调函数
    void feedbackCb(const action_example::DoDishesFeedbackConstPtr& feedback)
    {
        ROS_INFO(" percent_complete : %f ", feedback->percent_complete);
    }
    
    int main(int argc, char** argv)
    {
        ros::init(argc, argv, "do_dishes_client");
    
        // 定义一个客户端
        Client client("do_dishes", true);
    
        // 等待服务器端
        ROS_INFO("Waiting for action server to start.");
        client.waitForServer();
        ROS_INFO("Action server started, sending goal.");
    
        // 创建一个action的goal
        action_example::DoDishesGoal goal;
        goal.dishwasher_id = 1;
    
        // 发送action的goal给服务器端,并且设置回调函数
        client.sendGoal(goal,  &doneCb, &activeCb, &feedbackCb);
    
        ros::spin();
    
        return 0;
    }
    
    

    05 功能包的编译配置(编译节点)

    说明:

    • C++代码必须通过编译生成可执行文件;
    • python代码是可执行文件,不需要编译;

    如何编译代码

    • 设置需要编译的代码和生成的可执行文件;
    • 设置链接库;
    • 设置依赖。

    创建功能包action_example时,显式的指明依赖roscpp和std_msgs,依赖会被默认写到功能包的CMakeLists.txt和package.xml中。

    CMakeLists.txt 文件末尾加入几条语句:

    add_executable(action_client src/action_client.cpp)
    target_link_libraries( action_client ${catkin_LIBRARIES})
    add_dependencies(action_client ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS})
    
    add_executable(action_server src/action_server.cpp)
    target_link_libraries( action_server ${catkin_LIBRARIES})
    add_dependencies(action_server ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS})
    

    这会生成两个可执行文件, action_clientaction_server, 默认存储到 devel space 目录下,具体是在~/catkin_ws/devel/lib/<package name> 中.

    06 功能包的编译

    $ cd ~/catkin_ws
    $ catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES="action_example"    
    $ source ~/catkin_ws/devel/setup.bash   # 刷新环境
    

    07 测试action_server和action_client

    7.1 运行action_server

    第一步,打开一个命令行终端:

    $ roscore
    

    第二步,打开第二个命令行终端:

    # 用rosrun <package_name> <node_name>启动功能包中的发布节点。
    $ source ~/catkin_ws/devel/setup.bash    # 激活catkin_ws工作空间(必须有,必不可少) 
    $ rosrun action_example action_server     
    

    你将看到如下的输出信息:

    [ INFO] [1588752334.514526874]: Dishwasher 1 is working.
    [ INFO] [1588752344.515033939]: Dishwasher 1 finish working.  # Server节点启动后的日志信息
    

    7.2 运行action_client

    打开第三个命令行客户端:

    $ source ~/catkin_ws/devel/setup.bash     # 激活catkin_ws工作空间(必须有,必不可少) 
    $ rosrun action_example action_client        
    

    你将会看到如下的输出信息:

    [ INFO] [1588752334.233231877]: Waiting for action server to start.
    [ INFO] [1588752334.513889608]: Action server started, sending goal.
    [ INFO] [1588752334.514780017]: Goal just went active
    [ INFO] [1588752334.515056866]:  percent_complete : 10.000000 
    [ INFO] [1588752335.516336080]:  percent_complete : 20.000000 
    [ INFO] [1588752336.516271562]:  percent_complete : 30.000000 
    [ INFO] [1588752337.516315111]:  percent_complete : 40.000000 
    [ INFO] [1588752338.515751638]:  percent_complete : 50.000000 
    [ INFO] [1588752339.515473734]:  percent_complete : 60.000000 
    [ INFO] [1588752340.516373053]:  percent_complete : 70.000000 
    [ INFO] [1588752341.515448200]:  percent_complete : 80.000000 
    [ INFO] [1588752342.515654876]:  percent_complete : 90.000000 
    [ INFO] [1588752343.515571413]:  percent_complete : 100.000000 
    [ INFO] [1588752344.516076162]: Yay! The dishes are now clean     
    

    现在,你已经成功地运行了你的第一个action_server和action_client程序。

    微信公众号:喵哥解说 公众号介绍:主要研究机器学习、计算机视觉、深度学习、ROS等相关内容,分享学习过程中的学习笔记和心得!期待您的关注,欢迎一起学习交流进步!同时还有1200G的Python视频和书籍资料等你领取!!!

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