ROS2】MOMO的鱼香ROS2（六）ROS2入门篇——ROS2通信之参数与动作

引言

笔者跟着鱼香ROS的ROS2学习之旅
学习参考：
【ROS2机器人入门到实战】
笔者的学习目录

1. MOMO的鱼香ROS2（一）ROS2入门篇——从Ubuntu操作系统开启
2. MOMO的鱼香ROS2（二）ROS2入门篇——ROS2初体验
3. MOMO的鱼香ROS2（三）ROS2入门篇——ROS2第一个节点
4. MOMO的鱼香ROS2（四）ROS2入门篇——ROS2节点通信之话题与服务
5. MOMO的鱼香ROS2（五）ROS2入门篇——ROS2接口与自定义

1 参数通信

参数是节点的一个配置值，你可以认为参数是一个节点的设置

ROS2支持的参数值的类型

bool 和bool[]，布尔类型用来表示开关，比如我们可以控制雷达控制节点，开始扫描和停止扫描。
int64 和int64[]，整形表示一个数字，含义可以自己来定义，这里我们可以用来表示李四节点写小说的周期值
float64 和float64[]，浮点型，可以表示小数类型的参数值
string 和string[]，字符串，可以用来表示雷达控制节点中真实雷达的ip地址
byte[]，字节数组，这个可以用来表示图片，点云数据等信息

1.1 参数常用指令

打开终端，运行小乌龟节点

# 终端1
ros2 run turtlesim turtlesim_node
# 终端2
ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

查看参数信息

# 列举所有的参数
ros2 param list
# 参数的详细信息
ros2 param describe <node_name> <param_name>
# 举例
ros2 param describe /turtlesim background_b
# 查看参数值
ros2 param get /turtlesim background_b

设置参数

ros2 param set <node_name> <parameter_name> <value>
# 举例
ros2 param set /turtlesim background_r 44

保存参数

ros2 param dump <node_name>
# 举例
ros2 param dump /turtlesim

文件被保存成了yaml格式，用cat指令看一看

cat ./turtlesim.yaml

恢复参数值

ros2 param load  /turtlesim ./turtlesim.yaml

启动节点时加载参数快照

ros2 run <package_name> <executable_name> --ros-args --params-file <file_name>
# 举例
ros2 run turtlesim turtlesim_node --ros-args --params-file ./turtlesim.yaml

2 参数之RCLPY实现

2.1 创建功能包和节点

cd alian_ws/
ros2 pkg create alian_parameters_rclpy --build-type ament_python --dependencies rclpy --destination-directory src --node-name parameters_basic --maintainer-name "alian" 

2.2 编辑脚本文件parameters_basic.py

#!/usr/bin/env python3
import rclpy
from rclpy.node import Node

class ParametersBasicNode(Node):
    """
    创建一个ParametersBasicNode节点，并在初始化时输出一个话
    """

    def __init__(self, name):
        super().__init__(name)
        self.get_logger().info(f"节点已启动：{name}!")
        # 声明参数
        self.declare_parameter('alian_level', 0)
        # 获取参数
        log_level = self.get_parameter("alian_level").value
        # 设置参数
        self.get_logger().set_level(log_level)
        # 定时修改
        self.timer = self.create_timer(0.5, self.timer_callback)

    def timer_callback(self):
        """定时器回调函数"""
        # 获取参数
        log_level = self.get_parameter("alian_level").value
        # 设置参数
        self.get_logger().set_level(log_level)
        print(
            f"========================{log_level}=============================")
        self.get_logger().debug("我是DEBUG级别的日志，我被打印出来了!")
        self.get_logger().info("我是INFO级别的日志，我被打印出来了!")
        self.get_logger().warn("我是WARN级别的日志，我被打印出来了!")
        self.get_logger().error("我是ERROR级别的日志，我被打印出来了!")
        self.get_logger().fatal("我是FATAL级别的日志，我被打印出来了!")      

def main(args=None):
    rclpy.init(args=args) # 初始化rclpy
    node = ParametersBasicNode("parameters_basic")  # 新建一个节点
    rclpy.spin(node) # 保持节点运行，检测是否收到退出指令（Ctrl+C）
    rclpy.shutdown() # 关闭rclpy

2.3 编译测试

colcon build --packages-select alian_parameters_rclpy
source install/setup.bash
ros2 run alian_parameters_rclpy parameters_basic

1. 指定参数值测试
终端1：

ros2 run alian_parameters_rclpy parameters_basic --ros-args -p alian_level:=10

2. 动态设置参数测试
在终端1运行的前提下，打开终端2：

ros2 param list
ros2 param set /parameters_basic alian_level 40

3 动作（Action）通信

参数是由服务构建出来了，而Action是由话题和服务共同构建出来的（一个Action = 三个服务+两个话题）
三个服务分别是： 1.目标传递服务 2.结果传递服务 3.取消执行服务
两个话题：1.反馈话题（服务发布，客户端订阅）2.状态话题（服务端发布，客户端订阅）

3.1 动作常用指令

列举目前存在的动作

ros2 action list -t

获取接口的信息

ros2 interface show turtlesim/action/RotateAbsolute 

查看动作信息

ros2 action info /turtle1/rotate_absolute 

ros2 action send_goal /turtle1/rotate_absolute turtlesim/action/RotateAbsolute "{theta: 1.5}" --feedback

3.2 自定义通信接口

1. 创建接口功能包和接口文件

cd alian_ws/
ros2 pkg create robot_control_interfaces --build-type ament_cmake --destination-directory src --maintainer-name "alian"
mkdir -p src/robot_control_interfaces/action
touch src/robot_control_interfaces/action/MoveRobot.action

2. 修改packages.xml

  <depend>rosidl_default_generators</depend>
  <member_of_group>rosidl_interface_packages</member_of_group>

3. 修改CMakeLists.txt

find_package(ament_cmake REQUIRED)
find_package(rosidl_default_generators REQUIRED)

rosidl_generate_interfaces(${PROJECT_NAME}
  "action/MoveRobot.action"
)

4. 编写MoveRobot.action接口

# Goal: 要移动的距离
float32 distance
---
# Result: 最终的位置
float32 pose
---
# Feedback: 中间反馈的位置和状态
float32 pose
uint32 status
uint32 STATUS_MOVEING = 3
uint32 STATUS_STOP = 4

5. 编译生成接口

colcon build --packages-select robot_control_interfaces

4 动作之RCLPY实现

1. 创建功能包和节点

cd alian_ws/
ros2 pkg create alian_action_rclpy --build-type ament_python --dependencies rclpy robot_control_interfaces --destination-directory src --node-name action_robot --maintainer-name "alian" 
# 手动再创建action_control_02节点文件
touch src/alian_action_rclpy/alian_action_rclpy/action_control.py
#手动创建机器人类robot.py
touch src/alian_action_rclpy/alian_action_rclpy/robot.py

2. 节点文件1：robot.py 机器人类

from robot_control_interfaces.action import MoveRobot
import math
class Robot():
    """机器人类，模拟一个机器人"""

    def __init__(self) -> None:
        self.current_pose_ = 0.0
        self.target_pose_ = 0.0
        self.move_distance_ = 0.0
        self.status_ = MoveRobot.Feedback

    def get_status(self):
        """获取状态"""
        return self.status_

    def get_current_pose(self):
        """获取当前位置"""
        return self.current_pose_

    def close_goal(self):
        """接近目标"""
        return math.fabs(self.target_pose_ - self.current_pose_) < 0.01

    def stop_move(self):
        """停止移动"""
        self.status_ = MoveRobot.Feedback.STATUS_STOP

    def move_step(self):
        """移动一小步"""
        direct = self.move_distance_ / math.fabs(self.move_distance_)
        step = direct * math.fabs(self.target_pose_ - self.current_pose_) * 0.1
        self.current_pose_ += step  # 移动一步
        print(f"移动了：{step}当前位置：{self.current_pose_}")
        return self.current_pose_

    def set_goal(self, distance):
        """设置目标"""
        self.move_distance_ = distance
        self.target_pose_ += distance  # 更新目标位置

        if self.close_goal():
            self.stop_move()
            return False

        self.status_ = MoveRobot.Feedback.STATUS_MOVEING  # 更新状态为移动
        return True

3. 节点文件2：action_robot.py 机器人节点

#!/usr/bin/env python3
import time
# 导入rclpy相关库
import rclpy
from rclpy.node import Node
from rclpy.action import ActionServer
from rclpy.action.server import ServerGoalHandle
# 导入接口
from robot_control_interfaces.action import MoveRobot
# 导入机器人类
from alian_action_rclpy.robot import Robot
#from rclpy.executors import MultiThreadedExecutor
#from rclpy.callback_groups import MutuallyExclusiveCallbackGroup

class ActionRobot(Node):
    """机器人端Action服务"""

    def __init__(self,name):
        super().__init__(name)
        self.get_logger().info(f"节点已启动：{name}!")

        self.robot_ = Robot()

        self.action_server_ = ActionServer(
            self, MoveRobot, 'move_robot', self.execute_callback
            # ,callback_group=MutuallyExclusiveCallbackGroup()
        )

    def execute_callback(self, goal_handle: ServerGoalHandle):
        """执行回调函数,若采用默认handle_goal函数则会自动调用"""
        self.get_logger().info('执行移动机器人')
        feedback_msg = MoveRobot.Feedback()
        self.robot_.set_goal(goal_handle.request.distance)

        # rate = self.create_rate(2)
        while rclpy.ok() and not self.robot_.close_goal():
            # move
            self.robot_.move_step()
            # feedback
            feedback_msg.pose = self.robot_.get_current_pose()
            feedback_msg.status = self.robot_.get_status()
            goal_handle.publish_feedback(feedback_msg)
            # cancel check
            if goal_handle.is_cancel_requested:
                result = MoveRobot.Result()
                result.pose = self.robot_.get_current_pose()
                return result
            # rate.sleep() # Rate会造成死锁，单线程执行器时不能使用
            time.sleep(0.5)

        goal_handle.succeed()
        result = MoveRobot.Result()
        result.pose = self.robot_.get_current_pose()
        return result
        
def main(args=None):
    """主函数"""
    rclpy.init(args=args)
    action_robot = ActionRobot("action_robot")
    # 采用多线程执行器解决rate死锁问题
    # executor = MultiThreadedExecutor()
    # executor.add_node(action_robot_02)
    # executor.spin()
    rclpy.spin(action_robot)
    rclpy.shutdown()

4. 节点文件3：action_control.py 控制节点

import rclpy
from rclpy.action import ActionClient
from rclpy.node import Node
# 导入Action接口
from robot_control_interfaces.action import MoveRobot

class ActionControl(Node):
    """Action客户端"""

    def __init__(self, name):
        super().__init__(name)
        self.get_logger().info(f"节点已启动：{name}!")
        self.action_client_ = ActionClient(self, MoveRobot, 'move_robot')
        self.send_goal_timer_ = self.create_timer(1, self.send_goal)

    def send_goal(self):
        """发送目标"""
        self.send_goal_timer_.cancel()
        goal_msg = MoveRobot.Goal()
        goal_msg.distance = 5.0
        self.action_client_.wait_for_server()
        self._send_goal_future = self.action_client_.send_goal_async(goal_msg,
                                                                     feedback_callback=self.feedback_callback)
        self._send_goal_future.add_done_callback(self.goal_response_callback)

    def goal_response_callback(self, future):
        """收到目标处理结果"""
        goal_handle = future.result()
        if not goal_handle.accepted:
            self.get_logger().info('Goal rejected :(')
            return
        self.get_logger().info('Goal accepted :)')
        self._get_result_future = goal_handle.get_result_async()
        self._get_result_future.add_done_callback(self.get_result_callback)

    def get_result_callback(self, future):
        """获取结果反馈"""
        result = future.result().result
        self.get_logger().info(f'Result: {result.pose}')

    def feedback_callback(self, feedback_msg):
        """获取回调反馈"""
        feedback = feedback_msg.feedback
        self.get_logger().info(f'Received feedback: {feedback.pose}')

def main(args=None):
    """主函数"""
    rclpy.init(args=args)
    action_robot = ActionControl("action_control")
    rclpy.spin(action_robot)
    rclpy.shutdown()

5. 修改setup.py

'console_scripts': [
            'robot = alian_action_rclpy.robot:main'，
            'action_robot = alian_action_rclpy.action_robot:main',
            'action_control = alian_action_rclpy.action_control:main'

6. 编译测试

cd alian_ws/
colcon build --packages-up-to alian_action_rclpy
# 运行机器人节点
source install/setup.bash 
ros2 run alian_action_rclpy  action_robot
# 新终端
source install/setup.bash 
ros2 run alian_action_rclpy  action_control