ROS学习笔记（八）： ROS通信架构
[TOC]
本章主要介绍了通信架构的基础通信方式和相关概念。其中首先介绍了最小的进程单元节点Node,和节点管理器Node master。了解了ROS中的进程都是由很多的Node组成，并且由Node master来管理这些节点。
介绍ROS的“发动机”——launch文件，学习它的格式和内容，更深入的理解ROS在启动运行时它的工作都是由什么进程支配的，从而理解启动运行的原理。
ROS中的通信方式有四种，主题、服务、参数服务器、动作库。每个通信方式都有自己的特点，本章首先介绍话题通信方式--topic。
01 Node & Master
1.1 Node
在ROS中，最小的进程单元就是节点（node）。一个软件包里可以有多个可执行文件，可执行文件在运行之后就成了一个进程(process)，这个进程在ROS中就叫做节点。 从程序角度来说，node就是一个可执行文件（通常为C++编译生成的可执行文件、Python脚本）被执行，加载到了内存之中；从功能角度来说，通常一个node负责者机器人的某一个单独的功能。由于机器人的功能模块非常复杂，我们往往不会把所有功能都集中到一个node上，而会采用分布式的方式，把鸡蛋放到不同的篮子里。
1.2 Master
由于机器人的元器件很多，功能庞大，因此实际运行时往往会运行众多的node，负责感知世界、控制运动、决策和计算等功能。那么如何合理的进行调配、管理这些node？这就要利用ROS提供给我们的节点管理器master, master在整个网络通信架构里相当于管理中心，管理着各个node。node首先在master处进行注册，之后master会将该node纳入整个ROS程序中。node之间的通信也是先由master进行“牵线”，才能两两的进行点对点通信。当ROS程序启动时，第一步首先启动master，由节点管理器处理依次启动node。
1.3 启动master和node
当我们要启动ROS时，首先输入命令:
$ roscore
此时ROS master启动，同时启动的还有rosout和parameter server,其中rosout是负责日志输出的一个节点，其作用是告知用户当前系统的状态，包括输出系统的error、warning等等，并且将log记录于日志文件中，parameter server即是参数服务器，它并不是一个node，而是存储参数配置的一个服务器。每一次我们运行ROS的节点前，都需要把master启动起来，这样才能够让节点启动和注册。
master之后，节点管理器就开始按照系统的安排协调进行启动具体的节点。节点就是一个进程，只不过在ROS中它被赋予了专用的名字—node。我们知道一个package中存放着可执行文件，可执行文件是静态的，当系统执行这些可执行文件，将这些文件加载到内存中，它就成为了动态的node。
具体启动node的语句是：
$ rosrun pkg_name node_name
通常我们运行ROS，就是按照这样的顺序启动，有时候节点太多，我们会选择用launch文件来启动。 Master、Node之间以及Node之间的关系如下图所示：
1.4 rosrun和rosnode命令
rosrun命令的详细用法如下：
$ rosrun [--prefix cmd] [--debug] pkg_name node_name [ARGS]
rosrun将会寻找PACKAGE下的名为EXECUTABLE的可执行程序，将可选参数ARGS传入。
例如在GDB下运行ros程序：
$ rosrun --prefix 'gdb -ex run --args' pkg_name node_name
rosnode命令的详细作用列表如下：
| rosnode命令 | 作用 |
|---|---|
rosnode list |
列出当前运行的node信息 |
rosnode info node_name |
显示出node的详细信息 |
rosnode kill node_name |
结束某个node |
rosnode ping |
测试连接节点 |
rosnode machine |
列出在特定机器或列表机器上运行的节点 |
rosnode cleanup |
清除不可到达节点的注册信息 |
以上命令中常用的为前三个，在开发调试时经常会需要查看当前node以及node信息，所以请记住这些常用命令。如果想不起来，也可以通过rosnode help来查看rosnode命令的用法。
02 launch文件
2.1 简介
机器人是一个系统工程，通常一个机器人运行操作时要开启多个node，对于一个复杂的机器人的启动操作应该怎么做呢？当然，我们并不需要每个节点依次进行rosrun，ROS为我们提供了一个命令能一次性启动master和多个node。该命令是：
$ roslaunch pkg_name file_name.launch
roslaunch命令首先会自动进行检测系统的roscore有没有运行，也即是确认节点管理器是否在运行状态中，如果master没有启动，那么roslaunch就会首先启动master，然后再按照launch的规则执行。launch文件里已经配置好了启动的规则。 所以roslaunch就像是一个启动工具，能够一次性把多个节点按照我们预先的配置启动起来，减少我们在终端中一条条输入指令的麻烦。
2.2 写法与格式
launch文件同样也遵循着xml格式规范，是一种标签文本，它的格式包括以下标签：
<launch> <!--根标签-->
<node> <!--需要启动的node及其参数-->
<include> <!--包含其他launch-->
<machine> <!--指定运行的机器-->
<env-loader> <!--设置环境变量-->
<param> <!--定义参数到参数服务器-->
<rosparam> <!--启动yaml文件参数到参数服务器-->
<arg> <!--定义变量-->
<remap> <!--设定参数映射-->
<group> <!--设定命名空间-->
</launch> <!--根标签-->
参考链接:http://wiki.ros.org/roslaunch/XML
2.3 示例
launch文件的写法和格式看起来内容比较复杂，我们先来介绍一个最简单的例子如下：
<launch>
<node name="talker" pkg="rospy_tutorials" type="talker" />
</launch>
这是官网给出的一个最小的例子，文本中的信息是，它启动了一个单独的节点talker,该节点是包rospy_tutorials软件包中的节点。
然而实际中的launch文件要复杂很多，我们以Ros-Academy-for-Beginners中的robot_sim_demo为例：
<launch>
<!--arg是launch标签中的变量声明，arg的name为变量名，default或者value为值-->
<arg name="robot" default="xbot2"/>
<arg name="debug" default="false"/>
<arg name="gui" default="true"/>
<arg name="headless" default="false"/>
<!-- Start Gazebo with a blank world -->
<include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch"> <!--include用来嵌套仿真场景的launch文件-->
<arg name="world_name" value="$(find robot_sim_demo)/worlds/ROS-Academy.world"/>
<arg name="debug" value="$(arg debug)" />
<arg name="gui" value="$(arg gui)" />
<arg name="paused" value="false"/>
<arg name="use_sim_time" value="true"/>
<arg name="headless" value="$(arg headless)"/>
</include>
<!-- Oh, you wanted a robot? --> <!--嵌套了机器人的launch文件-->
<include file="$(find robot_sim_demo)/launch/include/$(arg robot).launch.xml" />
<!--如果你想连同RViz一起启动，可以按照以下方式加入RViz这个node-->
<!--node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" args="-d $(find robot_sim_demo)/urdf_gazebo.rviz" /-->
</launch>
这个launch文件相比上一个简单的例子来说，内容稍微有些复杂，它的作用是：启动gazebo模拟器，导入参数内容，加入机器人模型。
小结
对于初学者，我们不要求掌握每一个标签是什么作用，但至少应该有一个印象。如果我们要进行自己写launch文件，可以先从改launch文件的模板入手，基本可以满足普通项目的要求。
03 Topic（话题）
3.1 简介
ROS的通信方式是ROS最为核心的概念，ROS系统的精髓就在于它提供的通信架构。ROS的通信方式有以下四种：
- Topic 主题
- Service 服务
- Parameter Service 参数服务器
- Actionlib 动作库
3.2 Topic（发布/订阅）
ROS中的通信方式中，topic是常用的一种。对于实时性、周期性的消息，使用topic来传输是最佳的选择。topic是一种点对点的单向通信方式，这里的“点”指的是node，也就是说node之间可以通过topic方式来传递信息。topic要经历下面几步的初始化过程：首先，publisher节点和subscriber节点都要到节点管理器进行注册，然后publisher会发布topic，subscriber在master的指挥下会订阅该topic，从而建立起sub-pub之间的通信。注意整个过程是单向的。其结构示意图如下：
Subscriber接收消息会进行处理，一般这个过程叫做回调(Callback)。所谓回调就是提前定义好了一个处理函数（写在代码中），当有消息来就会触发这个处理函数，函数会对消息进行处理。
注意整个过程是单向的。
- Talker向ROS Master注册
- Listener向ROS Master注册
- ROS Master通过RPC向Listener发送Talker的地址信息
- Listener接收到地址信息，通过RPC向Talker发送连接请求
- Talker确认连接请求，通过RPC向Listener确认连接
- Listener与Talker建立网络连接
- Talker向Listener发布数据
总结：前五步的通信协议都是RPC，最后两步传输数据才用TCP
3.3 通信示例
怎么样来理解**“异步”**这个概念呢？在node1每发布一次消息之后，就会继续执行下一个动作，至于消息是什么状态、被怎样处理，它不需要了解；而对于node2图像处理程序，它只管接收和处理/camera_rgb上的消息，至于是谁发来的，它不会关心。所以node1、node2两者都是各司其责，不存在协同工作，我们称这样的通信方式是异步的。
ROS是一种分布式的架构，一个topic可以被多个节点同时发布，也可以同时被多个节点接收。比如在这个场景中用户可以再加入一个图像显示的节点，我们在想看看摄像头节点的画面，则可以用自己的笔记本连接到机器人上的节点管理器，然后在自己的电脑上启动图像显示节点。
这就体现了分布式系统通信的好处：扩展性好、软件复用率高。
总结三点：
- topic通信方式是异步的，发送时调用publish()方法，发送完成立即返回，不用等待反馈。
- subscriber通过回调函数的方式来处理消息。
- topic可以同时有多个subscribers，也可以同时有多个publishers。ROS中这样的例子有：/rosout、/tf等等。
3.4 操作命令
在实际应用中，我们应该熟悉topic的几种使用命令，下表详细的列出了各自的命令及其作用。
| 命令 | 作用 |
|---|---|
rostopic list |
列出当前所有的topic |
rostopic info topic_name |
显示某个topic的属性信息 |
rostopic echo topic_name |
显示某个topic的内容 |
rostopic pub topic_name ... |
向某个topic发布内容 |
rostopic bw topic_name |
查看某个topic的带宽 |
rostopic hz topic_name |
查看某个topic的频率 |
rostopic find topic_type |
查找某个类型的topic |
rostopic type topic_name |
查看某个topic的类型(msg) |
如果你一时忘记了命令的写法，可以通过rostopic help或rostopic command -h查看具体用法。
小结
topic的通信方式是ROS中比较常见的单向异步通信方式，它在很多时候的通信是比较易用且高效的。但是有些需要交互的通信时该方式就显露出自己的不足之处了，后续我们会介绍双向同步的通信方式service。
04 Message
4.1 简介
topic有很严格的格式要求，比如上节的摄像头进程中的rgb图像topic，它就必然要遵循ROS中定义好的rgb图像格式。这种数据格式就是Message。Message按照定义解释就是topic内容的数据类型，也称之为topic的格式标准。这里和我们平常用到的Massage直观概念有所不同，这里的Message不单单指一条发布或者订阅的消息，也指定为topic的格式标准。
4.2 结构与类型
基本的msg包括bool、int8、int16、int32、int64(以及uint)、float、float64、string、time、duration、header、可变长数组array[]、固定长度数组array[C]。那么具体的一个msg是怎么组成的呢？我们用一个具体的msg来了解，例如上例中的msg sensor_msg/image,位置存放在sensor_msgs/msg/image.msg里,它的结构如下：
std_msg/Header header
uint32 seq
time stamp
string frame_id
uint32 height
uint32 width
string encoding
uint8 is_bigendian
uint32 step
uint8[] data
观察上面msg的定义，是不是很类似C语言中的结构体呢？通过具体的定义图像的宽度，高度等等来规范图像的格式。所以这就解释了Message不仅仅是我们平时理解的一条一条的消息，而且更是ROS中topic的格式规范。或者可以理解msg是一个“类”，那么我们每次发布的内容可以理解为“对象”，这么对比来理解可能更加容易。 我们实际通常不会把Message概念分的那么清，通常说Message既指的是类，也是指它的对象。而msg文件则相当于类的定义了。
4.3 操作命令
rosmsg的命令相比topic就比较少了，只有两个如下：
| rosmsg命令 | 作用 |
|---|---|
rosmsg list |
列出系统上所有的msg |
rosmsg show msg_name |
显示某个msg的内容 |
05 常见message
本小节主要介绍常见的message类型，包括std_msgs, sensor_msgs, nav_msgs, geometry_msgs等
Vector3.msg
#文件位置:geometry_msgs/Vector3.msg
float64 x
float64 y
float64 z
Accel.msg
#定义加速度项，包括线性加速度和角加速度
#文件位置:geometry_msgs/Accel.msg
Vector3 linear
Vector3 angular
Header.msg
#定义数据的参考时间和参考坐标
#文件位置:std_msgs/Header.msg
uint32 seq #数据ID
time stamp #数据时间戳
string frame_id #数据的参考坐标系
Echos.msg
#定义超声传感器
#文件位置:自定义msg文件
Header header
uint16 front_left
uint16 front_center
uint16 front_right
uint16 rear_left
uint16 rear_center
uint16 rear_right
Quaternion.msg
#消息代表空间中旋转的四元数
#文件位置:geometry_msgs/Quaternion.msg
float64 x
float64 y
float64 z
float64 w
Imu.msg
#消息包含了从惯性原件中得到的数据，加速度为m/^2，角速度为rad/s
#如果所有的测量协方差已知，则需要全部填充进来如果只知道方差，则
#只填充协方差矩阵的对角数据即可
#位置：sensor_msgs/Imu.msg
Header header
Quaternion orientation
float64[9] orientation_covariance
Vector3 angular_velocity
float64[9] angular_velocity_covariance
Vector3 linear_acceleration
float64[] linear_acceleration_covariance
LaserScan.msg
#平面内的激光测距扫描数据，注意此消息类型仅仅适配激光测距设备
#如果有其他类型的测距设备(如声呐)，需要另外创建不同类型的消息
#位置：sensor_msgs/LaserScan.msg
Header header #时间戳为接收到第一束激光的时间
float32 angle_min #扫描开始时的角度(单位为rad)
float32 angle_max #扫描结束时的角度(单位为rad)
float32 angle_increment #两次测量之间的角度增量(单位为rad)
float32 time_increment #两次测量之间的时间增量(单位为s)
float32 scan_time #两次扫描之间的时间间隔(单位为s)
float32 range_min #距离最小值(m)
float32 range_max #距离最大值(m)
float32[] ranges #测距数据(m,如果数据不在最小数据和最大数据之间，则抛弃)
float32[] intensities #强度，具体单位由测量设备确定，如果仪器没有强度测量，则数组为空即可
Point.msg
#空间中的点的位置
#文件位置:geometry_msgs/Point.msg
float64 x
float64 y
float64 z
Pose.msg
#消息定义自由空间中的位姿信息，包括位置和指向信息
#文件位置:geometry_msgs/Pose.msg
Point position
Quaternion orientation
PoseStamped.msg
#定义有时空基准的位姿
#文件位置：geometry_msgs/PoseStamped.msg
Header header
Pose pose
PoseWithCovariance.msg
#表示空间中含有不确定性的位姿信息
#文件位置：geometry_msgs/PoseWithCovariance.msg
Pose pose
float64[36] covariance
Power.msg
#表示电源状态，是否开启
#文件位置：自定义msg文件
Header header
bool power
######################
bool ON = 1
bool OFF = 0
Twist.msg
#定义空间中物体运动的线速度和角速度
#文件位置：geometry_msgs/Twist.msg
Vector3 linear
Vector3 angular
TwistWithCovariance.msg
#消息定义了包含不确定性的速度量，协方差矩阵按行分别表示：
#沿x方向速度的不确定性，沿y方向速度的不确定性，沿z方向速度的不确定性
#绕x转动角速度的不确定性，绕y轴转动的角速度的不确定性，绕z轴转动的
#角速度的不确定性
#文件位置：geometry_msgs/TwistWithCovariance.msg
Twist twist
float64[36] covariance #分别表示[x; y; z; Rx; Ry; Rz]
Odometry.msg
#消息描述了自由空间中位置和速度的估计值
#文件位置：nav_msgs/Odometry.msg
Header header
string child_frame_id
PoseWithCovariance pose
TwistWithCovariance twist
06 Service(服务)
- Talker向ROS Master注册
- Listener向ROS Master注册
- ROS Master进行信息匹配
- Listener与Talker建立网络连接，发送服务的请求数据
- Talker接收请求参数，执行服务功能，执行完后，发送应答数据
总结：前三步的通信协议都是RPC，最后两步传输数据才用TCP
6.1 Service
topic(主题)是ROS中的一种单向的异步通信方式。然而有些时候单向的通信满足不了通信要求，比如当一些节点只是临时而非周期性的需要某些数据，如果用topic通信方式时就会消耗大量不必要的系统资源，造成系统的低效率高功耗。 这种情况下，就需要有另外一种请求-查询式的通信模型。这节我们来介绍ROS通信中的另一种通信方式——service。
6.2 工作原理
简介
为了解决以上问题，service方式在通信模型上与topic做了区别。Service通信是双向的，它不仅可以发送消息，同时还会有反馈。所以service包括两部分，一部分是请求方（Clinet），另一部分是应答方/服务提供方（Server）。这时请求方（Client）就会发送一个request，要等待server处理，反馈回一个reply，这样通过类似“请求-应答”的机制完成整个服务通信。
这种通信方式的示意图如下：
Node B是server（应答方），提供了一个服务的接口，叫做/Service，我们一般都会用string类型来指定service的名称，类似于topic。Node A向Node B发起了请求，经过处理后得到了反馈。
过程
Service是同步通信方式，所谓同步就是说，此时Node A发布请求后会在原地等待reply，直到Node B处理完了请求并且完成了reply，Node A才会继续执行。Node A等待过程中，是处于阻塞状态的成通信。这样的通信模型没有频繁的消息传递，没有冲突与高系统资源的占用，只有接受请求才执行服务，简单而且高效。
6.3 topic VS service
| 名称 | Topic （主题） | Service（服务） |
|---|---|---|
| 通信方式 | 单向异步通信 | 双向同步通信 |
| 实现原理 | TCP/IP | TCP/IP |
| 通信模型 | Publish-Subscribe | Request-Reply |
| 反馈机制 | 无 | 有 |
| 缓冲区 | 有 | 无 |
| 实时性 | 弱 | 强 |
| 映射关系 | Publish-Subscribe(多对多) | Request-Reply（ 多对一） |
| 特点 | 接受者收到数据会回调（ Callback） | 远程过程调用（ RPC）服务器端的服务 |
| 应用场景 | 连续、 高频的数据发布 （数据传输） | 偶尔使用的功能/具体的任务（逻辑处理） |
| 举例 | 激光雷达、 里程计发布数据 | 开关传感器、 拍照、 逆解计算 |
注意： 远程过程调用(Remote Procedure Call， RPC),可以简单的理解为在一个进程里调用另一个进程的函数。
6.4 操作命令
在实际应用中，service通信方式的命令时rosservice，具体的命令参数如下表：
| rosservice 命令 | 作用 |
|---|---|
rosservice list |
显示服务列表 |
rosservice info |
打印服务信息 |
rosservice type |
打印服务类型 |
rosservice uri |
打印服务ROSRPC uri |
rosservice find |
按服务类型查找服务 |
rosservice call |
使用所提供的args调用服务 |
rosservice args |
打印服务参数 |
小结
本节我们详细介绍了service通信方式，建议与topic通信方式进行对比记忆，这样我们能更深的理解这两种通信方式，也能在以后的学习工作中更加合理使用每个通信方式，获得更高的效率。
07 Srv
7.1 简介
类似msg文件，srv文件是用来描述服务（service数据类型的，service通信的数据格式定义在*.srv中。它声明了一个服务，包括请求(request)和响应（reply）两部分。其格式声明如下：
举例：
msgs_demo/srv/DetectHuman.srv
bool start_detect
---
my_pkg/HumanPose[] pose_data
msgs_demo/msg/HumanPose.msg
std_msgs/Header header
string uuid
int32 number_of_joints
my_pkg/JointPose[]joint_data
msgs_demo/msg/JointPose.msg
string joint_name
geometry_msgs/Pose pose
floar32 confidence
以DetectHUman.srv文件为例，该服务例子取自OpenNI的人体检测ROS软件包。它是用来查询当前深度摄像头中的人体姿态和关节数的。
srv文件格式很固定，第一行是请求的格式，中间用---隔开，第三行是应答的格式。
在本例中，请求为是否开始检测，应答为一个数组，数组的每个元素为某个人的姿态（HumanPose）。而对于人的姿态，其实是一个msg，所以srv可以嵌套msg在其中，但它不能嵌套srv。
7.2 操作命令
具体的操作指令如下表：
| rossrv 命令 | 作用 |
|---|---|
rossrv show |
显示服务描述 |
rossrv list |
列出所有服务 |
rossrv md5 |
显示服务md5sum |
rossrv package |
列出包中的服务 |
rossrv packages |
列出包含服务的包 |
7.3 修改部分文件
定义完了msg、srv文件，还有重要的一个步骤就是修改package.xml和修改CMakeList.txt。这些文件需要添加一些必要的依赖等，例如：
<build_depend>** message_generation **</build_depend>
<run_depend>** message_runtime **</run_depend>
上述文本中“**”所引就是新添加的依赖。又例如：
find_package(...roscpp rospy std_msgs ** message_generation **)
catkin_package(
...
CATJIN_DEPENDS ** message_runtime ** ...
...)
add_message_file(
FILES
** DetectHuman.srv **
** HumanPose.msg **
** JointPos.msg **)
** generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs) **
添加的这些内容指定了srv或者msg在编译或者运行中需要的依赖。具体的作用我们初学者可不深究，我们需要了解的是，无论我们自定义了srv,还是msg，修改上述部分添加依赖都是必不可少的一步。
08 常见srv类型
本小节介绍常见的srv类型及其定义 srv类型相当于两个message通道，一个发送，一个接收
AddTwoInts.srv
#对两个整数求和，虚线前是输入量，后是返回量
#文件位置：自定义srv文件
int32 a
int32 b
---
int32 sum
Empty.srv
#文件位置：std_srvs/Empty.srv
#代表一个空的srv类型
---
GetMap.srv
#文件位置:nav_msgs/GetMap.srv
#获取地图，注意请求部分为空
---
nav_msgs/OccupancyGrid map
GetPlan.srv
#文件位置:nav_msgs/GetPlan.srv
#得到一条从当前位置到目标点的路径
geometry_msgs/PoseStamped start #起始点
geometry_msgs/PoseStamped goal #目标点
float32 tolerance #到达目标点的x，y方向的容错距离
---
nav_msgs/Path plan
SetBool.srv
#文件位置：std_srvs/SetBools.srv
bool data # 启动或者关闭硬件
---
bool success # 标示硬件是否成功运行
string message # 运行信息
SetCameraInfo.srv
#文件位置:sensor_msgs/SetCameraInfo.srv
#通过给定的CameraInfo相机信息，来对相机进行标定
sensor_msgs/CameraInfo camera_info #相机信息
---
bool success #如果调用成功，则返回true
string status_message #给出调用成功的细节
SetMap.srv
#文件位置：nav_msgs/SetMap.srv
#以初始位置为基准，设定新的地图
nav_msgs/OccupancyGrid map
geometry_msgs/PoseWithCovarianceStamped initial_pose
---
bool success
TalkerListener.srv
#文件位置: 自定义srv文件
---
bool success # 标示srv是否成功运行
string message # 信息，如错误信息等
Trigger.srv
#文件位置:std_srvs/Trigger.srv
---
bool success # 标示srv是否成功运行
string message # 信息，如错误信息等
09 Parameter server
基于RPC的参数服务器
- Talker向ROS Master设置变量参数
- Listener向ROS Master查询参数值
- ROS Master向Listener发送参数值
总结：通信协议都是RPC
9.1 简介
参数服务器（parameter server）。与前两种通信方式不同，参数服务器也可以说是特殊的“通信方式”。特殊点在于参数服务器是节点存储参数的地方、用于配置参数，全局共享参数。参数服务器使用互联网传输，在节点管理器中运行，实现整个通信过程。
参数服务器，作为ROS中另外一种数据传输方式，有别于topic和service，它更加的静态。参数服务器维护着一个数据字典，字典里存储着各种参数和配置。
字典简介
何为字典，其实就是一个个的键值对，我们小时候学习语文的时候，常常都会有一本字典，当遇到不认识的字了我们可以查部首查到这个字，获取这个字的读音、意义等等，而这里的字典可以对比理解记忆。键值kay可以理解为语文里的“部首”这个概念，每一个key都是唯一的，参照下图：
每一个key不重复，且每一个key对应着一个value。也可以说字典就是一种映射关系，在实际的项目应用中，因为字典的这种静态的映射特点，我们往往将一些不常用到的参数和配置放入参数服务器里的字典里，这样对这些数据进行读写都将方便高效。
维护方式
参数服务器的维护方式非常的简单灵活，总的来讲有三种方式：
- 命令行维护
- launch文件内读写
- node源码
下面我们来一一介绍这三种维护方式。
9.2 命令行维护
使用命令行来维护参数服务器，主要使用rosparam语句来进行操作的各种命令，如下表：
| rosparam 命令 | 作用 |
|---|---|
rosparam set param_key param_value |
设置参数 |
rosparam get param_key |
显示参数 |
rosparam load file_name |
从文件加载参数 |
rosparam dump file_name |
保存参数到文件 |
rosparam delete |
删除参数 |
rosparam list |
列出参数名称 |
load&&dump文件
load和dump文件需要遵守YAML格式，YAML格式具体示例如下：
name:'Zhangsan'
age:20
gender:'M'
score{Chinese:80,Math:90}
score_history:[85,82,88,90]
简明解释。就是“名称+：+值”这样一种常用的解释方式。一般格式如下：
key : value
遵循格式进行定义参数。其实就可以把YAML文件的内容理解为字典，因为它也是键值对的形式。
9.3 launch文件内读写
launch文件中有很多标签，而与参数服务器相关的标签只有两个，一个是<param>，另一个是<rosparam>。这两个标签功能比较相近，但<param>一般只设置一个参数，请看下例：
（1） （2） （3）
观察上例比如序号3的param就定义了一个key和一个value，交给了参数服务器维护。而序号1的param只给出了key，没有直接给出value，这里的value是由后没的脚本运行结果作为value进行定义的。序号(2)就是rosparam的典型用法，先指定一个YAML文件，然后施加command,其效果等于rosparam load file_name 。
9.4 node源码
除了上述最常用的两种读写参数服务器的方法，还有一种就是修改ROS的源码，也就是利用API来对参数服务器进行操作。
参数类型
ROS参数服务器为参数值使用XMLRPC数据类型，其中包括:strings, integers, floats, booleans, lists, dictionaries, iso8601 dates, and base64-encoded data。
10 Action
10.1 简介
Actionlib是ROS中一个很重要的库，类似service通信机制，actionlib也是一种请求响应机制的通信方式，actionlib主要弥补了service通信的一个不足，就是当机器人执行一个长时间的任务时，假如利用service通信方式，那么publisher会很长时间接受不到反馈的reply，致使通信受阻。当service通信不能很好的完成任务时候，actionlib则可以比较适合实现长时间的通信过程，actionlib通信过程可以随时被查看过程进度，也可以终止请求，这样的一个特性，使得它在一些特别的机制中拥有很高的效率。
10.2 通信原理
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）。
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（服务）没法做到的部分.
10.3 Action 规范
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。
- 目标
机器人执行一个动作，应该有明确的移动目标信息，包括一些参数的设定，方向、角度、速度等等。从而使机器人完成动作任务。
- 反馈
在动作进行的过程中，应该有实时的状态信息反馈给服务器的实施者，告诉实施者动作完成的状态，可以使实施者作出准确的判断去修正命令。
- 结果
当运动完成时，动作服务器把本次运动的结果数据发送给客户端，使客户端得到本次动作的全部信息，例如可能包含机器人的运动时长，最终姿势等等。
10.4 Action规范文件格式
Action规范文件的后缀名是.action，它的内容格式如下：
# Define the goal
uint32 dishwasher_id # Specify which dishwasher we want to use
---
# Define the result
uint32 total_dishes_cleaned
---
# Define a feedback message
float32 percent_complete
10.5 Action实例详解
Actionlib是一个用来实现action的一个功能包集。我们在demo中设置一个场景，执行一个搬运的action，搬运过程中客户端会不断的发回反馈信息，最终完成整个搬运过程．
本小节的演示源码在课程的演示代码包里,此处为链接.
首先写handling.action文件,类比如上的格式.包括三个部分,目标,结果,反馈.如下:
# Define the goal
uint32 handling_id
---
# Define the result
uint32 Handling_completed
---
# Define a feedback message
float32 percent_complete
写完之后修改文件夹里CmakeLists.txt如下内容:
- find_package(catkin REQUIRED genmsg actionlib_msgs actionlib)
- add_action_files(DIRECTORY action FILES DoDishes.action) generate_messages(DEPENDENCIES actionlib_msgs)
- add_action_files(DIRECTORY action FILES Handling.action)
- generate_messages( DEPENDENCIES actionlib_msgs)
修改package.xml,添加所需要的依赖如下:
actionlibactionlib_msgsactionlibactionlib_msgs
然后回到工作空间 catkin_ws进行编译.
本例中设置的action,定义了一个搬运的例子,首先写客户端,实现功能发送action请求,进行目标活动.之后写服务器,实验返回客户端活动当前状态信息,结果信息,和反馈信息.从而实现action.本例测试结果截图如下:
小结
至此，ROS通信架构的四种通信方式就介绍结束，我们可以对比学习这四种通信方式，去思考每一种通信的优缺点和适用条件，在正确的地方用正确的通信方式，这样整个ROS的通信会更加高效，机器人也将更加的灵活和智能。机器人学会了通信，也就相当于有了“灵魂”。
11 常见action类型
本小节介绍常见的action类型以及其定义
AddTwoInts.action
#文件位置:自定义action文件
#表示将两个整数求和
int64 a
int64 b
---
int64 sum
---
AutoDocking.action
#文件位置:自定义action文件
#goal
---
#result
string text
---
#feedback
string state
string text
GetMap.action
#文件位置:nav_msgs/GetMap.action
#获取地图信息，响应部分为空
---
nav_msgs/OccupancyGrid map
---
#无返回部分
MoveBase.action
#文件位置:geometry_msgs/MoveBase.action
geometry_msgs/PoseStamped target_pose
---
---
geometry_msgs/PoseStamped base_position