25/1/21 算法笔记＜ROS2＞ 服务通信，参数

ops/2025/1/22 5:56:14/

我们将构建一个完整的项目来讲解ROS2中的服务，通信和参数

  1. 服务通信：通过服务控制海龟的运动。

  2. 参数通信：动态修改海龟的背景颜色。

  3. Launch 文件：启动多个节点并传递参数。

项目结构

turtlesim_demo/
├── CMakeLists.txt
├── package.xml
├── src/
│   ├── turtle_controller.cpp
│   ├── background_changer.cpp
├── launch/
│   └── turtlesim_demo.launch.xml

1. 创建 ROS 2 包

创建包：

ros2 pkg create turtlesim_demo --build-type ament_cmake

进入包目录：

cd turtlesim_demo

2. 编写代码

（1）Turtle 控制器（服务通信）

src/turtle_controller.cpp：

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "geometry_msgs/msg/twist.hpp"
#include "turtlesim/srv/spawn.hpp"class TurtleController : public rclcpp::Node
{
public:TurtleController() : Node("turtle_controller"){// 创建发布者，控制海龟运动twist_pub_ = this->create_publisher<geometry_msgs::msg::Twist>("/turtle1/cmd_vel", 10);// 创建客户端，调用 spawn 服务生成新海龟spawn_client_ = this->create_client<turtlesim::srv::Spawn>("spawn");// 定时器，控制海龟运动timer_ = this->create_wall_timer(std::chrono::milliseconds(100),std::bind(&TurtleController::timer_callback, this));}private:void timer_callback(){// 发布运动指令auto twist_msg = geometry_msgs::msg::Twist();twist_msg.linear.x = 2.0;twist_msg.angular.z = 1.0;twist_pub_->publish(twist_msg);// 调用 spawn 服务生成新海龟if (!spawn_client_->wait_for_service(std::chrono::seconds(1))) {RCLCPP_WARN(this->get_logger(), "Waiting for spawn service...");return;}#创建一个spawn服务请求对象requestauto request = std::make_shared<turtlesim::srv::Spawn::Request>();#设置新海龟的初始参数request->x = 5.0;request->y = 5.0;request->theta = 0.0;request->name = "turtle2";auto future = spawn_client_->async_send_request(request);if (rclcpp::spin_until_future_complete(this->get_node_base_interface(), future) ==rclcpp::FutureReturnCode::SUCCESS) {RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Spawned turtle: %s", future.get()->name.c_str());} else {RCLCPP_ERROR(this->get_logger(), "Failed to call spawn service");}}rclcpp::Publisher<geometry_msgs::msg::Twist>::SharedPtr twist_pub_;rclcpp::Client<turtlesim::srv::Spawn>::SharedPtr spawn_client_;rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_;
};int main(int argc, char* argv[])
{rclcpp::init(argc, argv);auto node = std::make_shared<TurtleController>();rclcpp::spin(node);rclcpp::shutdown();return 0;
}

（2）背景颜色修改器（参数通信）

src/background_changer.cpp：

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "turtlesim/srv/set_pen.hpp"class BackgroundChanger : public rclcpp::Node
{
public:BackgroundChanger() : Node("background_changer"){// 创建客户端，调用 set_pen 服务修改背景颜色set_pen_client_ = this->create_client<turtlesim::srv::SetPen>("turtle1/set_pen");// 定时器，动态修改背景颜色timer_ = this->create_wall_timer(std::chrono::seconds(2),std::bind(&BackgroundChanger::timer_callback, this));}private:void timer_callback(){if (!set_pen_client_->wait_for_service(std::chrono::seconds(1))) {RCLCPP_WARN(this->get_logger(), "Waiting for set_pen service...");return;}// 随机生成颜色值auto request = std::make_shared<turtlesim::srv::SetPen::Request>();request->r = rand() % 256;request->g = rand() % 256;request->b = rand() % 256;request->width = 5;request->off = 0;// 调用 set_pen 服务auto future = set_pen_client_->async_send_request(request);if (rclcpp::spin_until_future_complete(this->get_node_base_interface(), future) ==rclcpp::FutureReturnCode::SUCCESS) {RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Changed background color to (%d, %d, %d)",request->r, request->g, request->b);} else {RCLCPP_ERROR(this->get_logger(), "Failed to call set_pen service");}}rclcpp::Client<turtlesim::srv::SetPen>::SharedPtr set_pen_client_;rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_;
};int main(int argc, char* argv[])
{rclcpp::init(argc, argv);auto node = std::make_shared<BackgroundChanger>();rclcpp::spin(node);rclcpp::shutdown();return 0;
}

以下是这段代码的基本步骤总结：

1. 初始化ROS 2环境

  • 使用rclcpp::init(argc, argv)初始化ROS 2节点，这是运行ROS 2程序的必要步骤。

2. 创建节点

  • 创建一个名为BackgroundChanger的节点类，继承自rclcpp::Node。

  • 在构造函数中：

    • 初始化节点名称为"background_changer"。

    • 创建一个服务客户端set_pen_client_，用于调用turtle1/set_pen服务，修改海龟的画笔颜色。

    • 创建一个定时器timer_，每隔2秒触发一次回调函数timer_callback。

3. 定时器回调函数

  • 在timer_callback函数中：

    1. 检查服务是否可用：

      • 使用set_pen_client_->wait_for_service(std::chrono::seconds(1))等待服务可用。

      • 如果服务不可用，打印警告信息并退出回调函数。

    1. 随机生成颜色值：

      • 使用rand() % 256随机生成RGB颜色值（范围为0到255）。

      • 设置画笔宽度为5，启用画笔（off = 0）。

    2. 调用set_pen服务：

      • 创建服务请求request，并设置随机颜色值。

      • 使用set_pen_client_->async_send_request(request)异步发送请求。

      • 使用rclcpp::spin_until_future_complete等待服务响应完成。

      • 如果服务调用成功，打印成功信息，显示当前设置的颜色。

      • 如果服务调用失败，打印错误信息。

4. 主函数

  • 在main函数中：

    1. 初始化ROS 2环境。

    2. 创建BackgroundChanger节点实例。

    3. 启动节点的事件循环rclcpp::spin(node)，使节点能够处理定时器回调。

    4. 程序退出时，调用rclcpp::shutdown()关闭ROS 2节点。

5. 程序运行逻辑

  • 程序运行后，定时器每隔2秒触发一次回调函数。

  • 每次回调函数都会随机生成颜色值，并通过set_pen服务设置海龟的画笔颜色。

  • 由于画笔宽度较大（5），海龟会绘制整个窗口，从而间接改变背景颜色。

3. 配置 CMakeLists.txt

在 ROS 2 中，CMakeLists.txt 文件是用于配置和构建项目的核心文件。它定义了项目的编译规则、依赖项、可执行文件、库文件等。

cmake_minimum_required(VERSION 3.8)
project(turtlesim_demo)if(CMAKE_COMPILER_IS_GNUCXX OR CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "Clang")add_compile_options(-Wall -Wextra -Wpedantic)
endif()find_package(ament_cmake REQUIRED)
find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(geometry_msgs REQUIRED)
find_package(turtlesim REQUIRED)add_executable(turtle_controller src/turtle_controller.cpp)
ament_target_dependencies(turtle_controller rclcpp geometry_msgs turtlesim)add_executable(background_changer src/background_changer.cpp)
ament_target_dependencies(background_changer rclcpp turtlesim)install(TARGETSturtle_controllerbackground_changerDESTINATION lib/${PROJECT_NAME}
)ament_package()

1. 定义项目的基本信息

CMakeLists.txt 文件的开头通常包含项目的基本信息，例如项目名称和最低 CMake 版本要求：

cmake_minimum_required(VERSION 3.8)
project(turtlesim_demo)

2. 设置编译器选项

在 CMakeLists.txt 中，可以为项目设置编译器选项，例如启用警告信息：

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

3. 查找依赖项

ROS 2 项目通常依赖于其他包（如 rclcpp、geometry_msgs、turtlesim 等）。CMakeLists.txt 中需要明确声明这些依赖项：

find_package(ament_cmake REQUIRED)
find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(geometry_msgs REQUIRED)
find_package(turtlesim REQUIRED)

4. 添加可执行文件

在 CMakeLists.txt 中，需要定义如何将源代码编译为可执行文件：

add_executable(turtle_controller src/turtle_controller.cpp)
ament_target_dependencies(turtle_controller rclcpp geometry_msgs turtlesim)

5. 安装可执行文件

ROS 2 项目通常需要将生成的可执行文件安装到指定目录，以便在运行时能够找到它们：

install(TARGETSturtle_controllerbackground_changerDESTINATION lib/${PROJECT_NAME}
)

6. 生成包配置

CMakeLists.txt 文件的末尾需要调用 ament_package()，用于生成 ROS 2 包的配置：

7. 测试配置（可选）

如果项目包含测试代码，可以在 CMakeLists.txt 中配置测试：

if(BUILD_TESTING)find_package(ament_lint_auto REQUIRED)ament_lint_auto_find_test_dependencies()
endif()

8. 为什么需要配置 CMakeLists.txt？

  1. 定义项目结构：

    • CMakeLists.txt 定义了项目的源代码文件、依赖项、可执行文件等，确保项目能够正确编译和运行。

  2. 管理依赖项：

    • ROS 2 项目通常依赖于多个包（如 rclcpp、geometry_msgs 等），CMakeLists.txt 中需要明确声明这些依赖项。

  3. 控制编译过程：

    • 通过 CMakeLists.txt，可以设置编译器选项、链接库文件、安装路径等，控制项目的编译过程。

  4. 生成包配置：

    • CMakeLists.txt 中的 ament_package() 会生成 ROS 2 包的配置文件，使 ROS 2 能够正确加载和使用该包。

  5. 支持跨平台构建：

    • CMake 是一个跨平台的构建工具，CMakeLists.txt 可以确保项目在不同平台上（如 Linux、Windows、macOS）都能正确编译。

4. 配置 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>turtlesim_demo</name><version>0.0.0</version><description>A demo package for turtlesim with services, parameters, and launch files.</description><maintainer email="your-email@example.com">Your Name</maintainer><license>Apache-2.0</license><buildtool_depend>ament_cmake</buildtool_depend><depend>rclcpp</depend><depend>geometry_msgs</depend><depend>turtlesim</depend><test_depend>ament_lint_auto</test_depend><test_depend>ament_lint_common</test_depend><export><build_type>ament_cmake</build_type></export>
</package>

在 ROS 2 中，package.xml 文件是包的元数据文件，用于描述包的基本信息、依赖项、作者、许可证等。

1. 定义包的基本信息

package.xml 文件的开头通常包含包的基本信息，例如包名称、版本、描述、维护者和许可证：

<package format="3"><name>turtlesim_demo</name><version>0.0.0</version><description>A demo package for turtlesim with services, parameters, and launch files.</description><maintainer email="your-email@example.com">Your Name</maintainer><license>Apache-2.0</license>
</package>

2. 声明构建工具依赖

ROS 2 使用 ament_cmake 作为构建工具，因此需要在 package.xml 中声明构建工具依赖：

<buildtool_depend>ament_cmake</buildtool_depend>

3. 声明运行时依赖

ROS 2 项目通常依赖于其他包（如 rclcpp、geometry_msgs、turtlesim 等），需要在 package.xml 中声明这些依赖项：

<depend>rclcpp</depend>
<depend>geometry_msgs</depend>
<depend>turtlesim</depend>

4. 声明测试依赖（可选）

如果项目包含测试代码，可以在 package.xml 中声明测试依赖项：

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

5. 导出包配置

package.xml 文件的末尾需要导出包的配置信息，以便 ROS 2 能够正确加载和使用该包：

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

6. 为什么需要配置 package.xml？

  1. 描述包的基本信息：

    • package.xml 提供了包的名称、版本、描述、维护者和许可证等基本信息，方便其他开发者了解和使用该包。

  2. 管理依赖项：

    • package.xml 中声明了包的依赖项，ROS 2 会在构建和运行时自动加载这些依赖项，确保项目能够正确运行。

  3. 支持包的管理和分发：

    • package.xml 是 ROS 2 包的重要组成部分，ROS 2 工具（如 colcon）会根据 package.xml 中的信息管理包的构建、安装和分发。

  4. 支持测试和代码风格检查：

    • 如果项目包含测试代码，可以在 package.xml 中声明测试依赖项，例如代码风格检查工具。

  5. 支持跨平台构建：

    • package.xml 中的依赖项和配置信息可以确保项目在不同平台上（如 Linux、Windows、macOS）都能正确编译和运行。

5. 编写 Launch 文件

launch/turtlesim_demo.launch.xml：

<launch><!-- 启动 turtlesim 节点 --><node pkg="turtlesim" exec="turtlesim_node" name="turtlesim" /><!-- 启动 Turtle 控制器 --><node pkg="turtlesim_demo" exec="turtle_controller" name="turtle_controller" /><!-- 启动背景颜色修改器 --><node pkg="turtlesim_demo" exec="background_changer" name="background_changer" />
</launch>

这个 <launch> 文件的作用是同时启动三个节点：

  1. turtlesim_node：启动 turtlesim 模拟器，显示一个小乌龟。

  2. turtle_controller：控制乌龟的移动。

  3. background_changer：修改 turtlesim 窗口的背景颜色。

通过这个配置文件，你可以一次性启动多个相关的节点，而不需要手动逐个启动。这在复杂的 ROS 2 系统中非常有用，可以简化启动过程并确保所有相关节点都能正确启动。

总结

我们构建了一个完整的项目来讲解ROS2中的服务，通信和参数

  1. 服务通信：通过服务控制海龟的运动。

  2. 参数通信：动态修改海龟的背景颜色。

  3. Launch 文件：启动多个节点并传递参数。


http://www.ppmy.cn/ops/152115.html

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