ROS进阶功能—action通信机制

ROS进阶功能—action通信机制

一、总述

ROS中常用的通信机制是话题（Topic）和服务（Service），但是在很多场景下，这两种通信机制往往满足不了所有需求。比如机械臂控制，如果用话题发布运动目标，由于话题是单向通信，则需要另外订阅一个话题来获得机器人运动过程中的状态反馈。如果用服务发布运动目标，虽然可以获得一次反馈信息，但是对于控制来说数据太少，而且当反馈迟迟没有收到时，就只能等待，做不了其他事情。那么有没有一种更加合适的通信机制来满足类似这样场景的需求呢？即action。

二、action

ROS中包含一个名为actionlib的功能包，用于实现action的通信机制。action是一种类似于Service的问答通信机制，不同之处在于action带有连续反馈，可以不断反馈任务进度，也可以在任务过程中中止运行。

三、action的工作机制

action也采用客户端/服务器（Client/Server）的工作模式。
client和server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client和server的接口。

Client向Server端发布任务目标以及在必要的时候取消任务，Server会向Client发布当前状态、实时反馈和任务执行的最终结果。
1）goal：任务目标。
2）cancel：请求取消任务。
3）status：通知client当前的状态。
4）feedback：周期反馈任务运行的监控数据。
5）result：向client发送任务的执行结果，这个topic只会发布一次。

四、action的简单案例

这个案例简单地实现了一个洗盘子的action通信功能。客户端发送洗盘子的目标，服务器端返回洗盘子的结果，并随时反馈洗盘子的进度。共用到action消息中的：goal、feedback和result.
首先是需要新建一个action文件夹，在其下定义一个action文件。
action文件中的内容如下：

# 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

之后要在CMakeLists.txt 文件中加入以下编译规则：

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

并在package.xml 文件中加入以下依赖项：

<build_depend>actionlib</build_depend>
<build_depend>actionlib_msgs</build_depend>
<run_depend>actionlib</run_depend>
<run_depend>actionlib_msgs</run_depend>

然后就可以对文件进行编译，编译成功后会产生以下.msg 文件，这些都是action中需要用到的消息类型，由此可见action确实是根据topic实现的。

DoDishesAction.msg
DoDishesActionGoal.msg
DoDishesActionResult.msg
DoDishesActionFeedback.msg
DoDishesGoal.msg
DoDishesResult.msg
DoDishesFeedback.msg

编写客户端client：

#include <actionlib/client/simple_action_client.h>
#include "action_tutorials/DoDishesAction.h"
typedef actionlib::SimpleActionClient<action_tutorials::DoDishesAction> Client;
// 当action完成后会调用次回调函数一次
void doneCb(const actionlib::SimpleClientGoalState& state,const action_tutorials::DoDishesResultConstPtr& result)
{ROS_INFO("Yay! The dishes are now clean");ros::shutdown();
}
// 当action激活后会调用次回调函数一次
void activeCb()
{ROS_INFO("Goal just went active");
}
// 收到feedback后调用的回调函数
void feedbackCb(const action_tutorials::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goalaction_tutorials::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;
}

然后编写服务器端：

#include <ros/ros.h>
#include <actionlib/server/simple_action_server.h>
#include "action_tutorials/DoDishesAction.h"typedef actionlib::SimpleActionServer<action_tutorials::DoDishesAction> Server;// 收到action的goal后调用的回调函数
void execute(const action_tutorials::DoDishesGoalConstPtr& goal, Server* as)
{ros::Rate r(1);action_tutorials::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feedbackfor(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;
}

运行之后，客户端：

服务器端：

五、总结

action通信机制是实现智能机器人的很重要的部分，其中的概念其实并不是很困难，但它也仅仅只是一个工具，要实现智能机器人还是得需要一些更高级任务管理机制，比如状态机和行为树。