ROS2系列知识（6）：Action服务概念

一、背景

        Action是 ROS 2 中的一种通信类型，适用于长时间运行的任务。它们由三个部分组成：目标、反馈和结果。

        操作建立在主题和服务之上。它们的功能类似于服务，除了可以取消操作。它们还提供稳定的反馈，而不是返回单一响应的服务。

        操作使用客户端-服务器模型，类似于发布者-订阅者模型（在主题教程中描述）。 “动作客户端”节点将目标发送到“动作服务器”节点，该节点确认目标并返回反馈流和结果。

二、开启演示方式

启动海龟案例的两个 turtlesim 节点，/turtlesim 和 /teleop_turtle。

打开一个新终端并运行：

ros2 run turtlesim turtlesim_node

打开另一个终端并运行：

ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

三、使用动作action

当您启动 /teleop_turtle 节点时，您将在终端中看到以下消息：

Use arrow keys to move the turtle.
Use G|B|V|C|D|E|R|T keys to rotate to absolute orientations. 'F' to cancel a rotation.

让我们关注第二行，它对应一个动作。 其中：

 （G|B|V|C|D|E|R|T对应一条指令，而该指令对应于“cmd_vel”主题。F对应另一个指令，另一个动作）

        请注意，字母键 G|B|V|C|D|E|R|T 在美国 QWERTY 键盘上的 F 键周围形成一个“框”（如果您不使用 QWERTY 键盘，请参阅此链接以跟随）。每个键在 F 周围的位置对应于 turtlesim 中的方向。例如，E 会将海龟的方向旋转到左上角。

注意运行 /turtlesim 节点的终端。每次按下其中一个键时，都会向作为 /turtlesim 节点一部分的操作服务器发送一个目标。目标是旋转乌龟以面向特定方向。一旦海龟完成其旋转，应显示一条中继目标结果的消息：

[INFO] [turtlesim]: Rotation goal completed successfully
（[INFO] [turtlesim]：轮换目标成功完成）

        F 键将在执行过程中取消目标。

        尝试按 C 键，然后在海龟完成旋转之前按 F 键。在 /turtlesim 节点正在运行的终端中，您将看到以下消息：

[INFO] [turtlesim]: Rotation goal canceled
[INFO] [turtlesim]：轮换目标取消

        不仅客户端（您在 Teleop 中的输入）可以停止目标，服务器端（/turtlesim 节点）也可以。当服务器端选择停止处理一个目标时，它被称为“中止”该目标。

        尝试按 D 键，然后在完成第一次旋转之前按 G 键。在 /turtlesim 节点正在运行的终端中，您将看到以下消息：

[WARN] [turtlesim]: Rotation goal received before a previous goal finished. Aborting previous goal

[WARN] [turtlesim]：在上一个目标完成之前收到轮换目标。中止先前的目标

        此操作服务器选择中止第一个目标，因为它有一个新目标。它本可以选择其他方式，比如拒绝新目标或在第一个目标完成后执行第二个目标。不要假设每个动作服务器在获得新目标时都会选择中止当前目标。

四、ros2 节点信息

4.1 查看 /turtlesim 节点的操作 

请打开一个新终端并运行以下命令：

ros2 node info /turtlesim

这将返回 /turtlesim 的订阅者、发布者、服务、动作服​​务器和动作客户端的列表：

/turtlesim
  Subscribers:
    /parameter_events: rcl_interfaces/msg/ParameterEvent
    /turtle1/cmd_vel: geometry_msgs/msg/Twist
  Publishers:
    /parameter_events: rcl_interfaces/msg/ParameterEvent
    /rosout: rcl_interfaces/msg/Log
    /turtle1/color_sensor: turtlesim/msg/Color
    /turtle1/pose: turtlesim/msg/Pose
  Service Servers:
    /clear: std_srvs/srv/Empty
    /kill: turtlesim/srv/Kill
    /reset: std_srvs/srv/Empty
    /spawn: turtlesim/srv/Spawn
    /turtle1/set_pen: turtlesim/srv/SetPen
    /turtle1/teleport_absolute: turtlesim/srv/TeleportAbsolute
    /turtle1/teleport_relative: turtlesim/srv/TeleportRelative
    /turtlesim/describe_parameters: rcl_interfaces/srv/DescribeParameters
    /turtlesim/get_parameter_types: rcl_interfaces/srv/GetParameterTypes
    /turtlesim/get_parameters: rcl_interfaces/srv/GetParameters
    /turtlesim/list_parameters: rcl_interfaces/srv/ListParameters
    /turtlesim/set_parameters: rcl_interfaces/srv/SetParameters
    /turtlesim/set_parameters_atomically: rcl_interfaces/srv/SetParametersAtomically
  Service Clients:

  Action Servers:
    /turtle1/rotate_absolute: turtlesim/action/RotateAbsolute
  Action Clients:

        请注意，/turtlesim 的 /turtle1/rotate_absolute 操作位于操作服务器下。这意味着 /turtlesim 响应 /turtle1/rotate_absolute 操作并提供反馈。

4.2 查看 /teleop_turtle节点的操作 

        /teleop_turtle 节点在 Action Clients 下的名称为 /turtle1/rotate_absolute，这意味着它为该动作名称发送目标。

ros2 node info /teleop_turtle

将返回：

/teleop_turtle
  Subscribers:
    /parameter_events: rcl_interfaces/msg/ParameterEvent
  Publishers:
    /parameter_events: rcl_interfaces/msg/ParameterEvent
    /rosout: rcl_interfaces/msg/Log
    /turtle1/cmd_vel: geometry_msgs/msg/Twist
  Service Servers:
    /teleop_turtle/describe_parameters: rcl_interfaces/srv/DescribeParameters
    /teleop_turtle/get_parameter_types: rcl_interfaces/srv/GetParameterTypes
    /teleop_turtle/get_parameters: rcl_interfaces/srv/GetParameters
    /teleop_turtle/list_parameters: rcl_interfaces/srv/ListParameters
    /teleop_turtle/set_parameters: rcl_interfaces/srv/SetParameters
    /teleop_turtle/set_parameters_atomically: rcl_interfaces/srv/SetParametersAtomically
  Service Clients:

  Action Servers:

  Action Clients:
    /turtle1/rotate_absolute: turtlesim/action/RotateAbsolute

4.3 查看节点对比后结论

        /turtlesim和 /teleop_turtle是一对action的服务器、客户端。通过以上信息对比，不难获得下列结论：

1）在ROS2的节点基类中，存在六个基本模块：

• Subscribers:
• Publishers:
• Service Servers:
• Service Clients
• Action Servers: 
• Action Clients:

2）六个模块，表示六种身分。每个节点可以是六模块中的任意一个或多个角色。

五、针对于Action的特殊操作

5.1 ros2 action列表

        要识别 ROS 图中的所有操作，请运行以下命令：

ros2 action list

        返回信息

/turtle1/rotate_absolute

        这是目前 ROS 图中唯一的动作服务。

        如您之前所见，它控制海龟的旋转。您还已经知道，通过使用 ros2 node info <node_name> 命令，该操作有一个操作客户端（/teleop_turtle 的一部分）和一个操作服务器（/turtlesim 的一部分）。

5.2 ros2 action list -t  动作有类型 

类似于主题和服务。要查找 /turtle1/rotate_absolute 的类型，请运行以下命令：

 ros2 action list -t 

哪个会返回：

/turtle1/rotate_absolute [turtlesim/action/RotateAbsolute]

在每个动作名称右侧的括号中（在这种情况下只有 /turtle1/rotate_absolute）是动作类型，turtlesim/action/RotateAbsolute。当您想从命令行或代码执行操作时，您将需要它。

5.3 ros2 动作信息

您可以使用以下命令进一步检查 /turtle1/rotate_absolute 操作：

ros2 action info  /turtle1/rotate_absolute

返回信息：

Action: /turtle1/rotate_absolute
Action clients: 1
    /teleop_turtle
Action servers: 1
    /turtlesim

        这告诉我们之前在每个节点上运行 ros2 节点信息所学到的知识：/teleop_turtle 节点有一个动作客户端，/turtlesim 节点有一个用于 /turtle1/rotate_absolute 动作的动作服务器。

5.4 ros2界面显示

在您自己发送或执行操作目标之前，您需要的另一条信息是操作类型的结构。

Recall that you identified /turtle1/rotate_absolute’s type when running the command ros2 action list -t. Enter the following command with the action type in your terminal:

回想一下，您在运行命令 ros2 action list -t 时确定了 /turtle1/rotate_absolute 的类型。在终端中输入以下带有操作类型的命令：

ros2 interface show turtlesim/action/RotateAbsolute

会返回：

# The desired heading in radians
float32 theta
---
# The angular displacement in radians to the starting position
float32 delta
---
# The remaining rotation in radians
float32 remaining

        此消息的第一部分，在 --- 上方，是目标请求的结构（数据类型和名称）。下一部分是结果的结构。最后一部分是反馈的结构。

5.5 ros2 动作 send_goal

现在让我们使用以下语法从命令行发送一个动作目标：

ros2 action send_goal <action_name> <action_type> <values>

<values> 需要采用 YAML 格式。

密切注意turtlesim窗口，然后在终端中输入以下命令：

ros2 action send_goal /turtle1/rotate_absolute turtlesim/action/RotateAbsolute "{theta: 1.57}"

您应该看到海龟旋转，以及终端中的以下消息：

Waiting for an action server to become available...
Sending goal:
   theta: 1.57

Goal accepted with ID: f8db8f44410849eaa93d3feb747dd444

Result:
  delta: -1.568000316619873

Goal finished with status: SUCCEEDED

        所有目标都有一个唯一的 ID，显示在返回消息中。您还可以看到结果，一个名为 delta 的字段，它是到起始位置的位移。

要查看此目标的反馈，请将 --feedback 添加到 ros2 action send_goal 命令：

ros2 action send_goal /turtle1/rotate_absolute turtlesim/action/RotateAbsolute "{theta: -1.57}" --feedback

您的终端将返回消息：

Sending goal:
   theta: -1.57

Goal accepted with ID: e6092c831f994afda92f0086f220da27

Feedback:
  remaining: -3.1268222332000732

Feedback:
  remaining: -3.1108222007751465

…

Result:
  delta: 3.1200008392333984

Goal finished with status: SUCCEEDED

您将继续收到反馈，剩余的弧度，直到目标完成。

六、总结

        action类似于允许您执行长时间运行的任务、提供定期反馈并且可以取消的服务。

        机器人系统可能会使用action进行导航。action目标可以告诉机器人前往某个位置。当机器人导航到该位置时，它可以沿途发送更新（即反馈），然后在到达目的地后发送最终结果消息。

        Turtlesim 有一个动作服务器（Action），动作客户端可以将目标发送到旋转海龟。在本教程中，您明白动作 /turtle1/rotate_absolute，以及是什么，它们如何工作。

Understanding actions — ROS 2 Documentation: Humble documentation

 ROS on DDS (ros2.org)