摘要
ROS機器人操作系統在機器人應用領域很流行，依托代碼開源和模塊間協作等特性，給機器人開發者帶來了很大的方便。我們的機器人“miiboo”中的大部分程序也采用ROS進行開發，所以本文就重點對ROS基礎知識進行詳細的講解，給不熟悉ROS的朋友起到一個拋磚引玉的作用。本章節主要內容：
6.編寫簡單的service和client
上一節介紹了兩個ros節點通過發布與訂閱消息的通信方式，現在就介紹ros節點間通信的另外一種方式服務。我們將學到：如何自定義服務類型、server端節點編寫、client端節點編寫等。我就以實現兩個整數求和為例，client端節點向server端節點發送a、b的請求，server端節點返回響應sum=a+b給client端節點，通信網絡結構如圖20。
（圖20）服務請求與響應ROS通信網絡結構圖
（1）功能包的創建
在catkin_ws/src/目錄下新建功能包service_example，並在創建時顯式的指明依賴roscpp和std_msgs，依賴std_msgs將作為基本數據類型用於定義我們的服務類型。打開命令行終端，輸入命令：
cd ~/catkin_ws/src/
#創建功能包service_example時，顯式的指明依賴roscpp和std_msgs，
#依賴會被默認寫到功能包的CMakeLists.txt和package.xml中
catkin_create_pkg service_example roscpp std_msgs
（2）在功能包中創建自定義服務類型
通過前面的學習，我們知道服務通信過程中服務的數據類型需要用戶自己定義，與消息不同，節點並不提供標准服務類型。服務類型的定義文件都是以*.srv為擴展名，並且被放在功能包的srv/文件夾下。
服務類型定義：
首先，在功能包service_example目錄下新建srv目錄，然后在service_example/srv/目錄中創建AddTwoInts.srv文件，文件內容如下：
int64 a int64 b --- int64 sum
服務類型編譯配置：
定義好我們的服務類型后，要想讓該服務類型能在c++、python等代碼中被使用，必須要做相應的編譯與運行配置。編譯依賴message_generation，運行依賴message_runtime。
打開功能包中的CMakeLists.txt文件，找到下面這段代碼：
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
roscpp
std_msgs
)
將message_generation添加進去，添加后的代碼如下：
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
roscpp
std_msgs
message_generation
)
繼續，找到這段代碼：
# add_service_files(
# FILES
# Service1.srv
# Service2.srv
# )
去掉這段代碼的#注釋，將自己的服務類型定義文件AddTwoInts.srv填入，修改好后的代碼如下：
add_service_files(
FILES
AddTwoInts.srv
)
繼續，找到這段代碼：
# generate_messages(
# DEPENDENCIES
# std_msgs
# )
去掉這段代碼的#注釋，generate_messages的作用是自動創建我們自定義的消息類型*.msg與服務類型*.srv相對應的*.h，由於我們定義的服務類型使用了std_msgs中的int64基本類型，所以必須向generate_messages指明該依賴，修改好后的代碼如下：
generate_messages(
DEPENDENCIES
std_msgs
)
然后打開功能包中的package.xml文件，填入下面三句依賴：
<build_depend>message_generation</build_depend> <build_export_depend>message_generation</build_export_depend> <exec_depend>message_runtime</exec_depend>
檢查ROS是否識別新建的服務類型：
我們通過<功能包名/服務類型名>找到該服務，打開命令行終端，輸入命令：
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
rossrv show service_example/AddTwoInts
看到下面的輸出，如圖21，就說明新建服務類型能被ROS識別，新建服務類型成功了。
（圖21）新建服務類型能被ROS識別
（3）功能包的源代碼編寫
功能包中需要編寫兩個獨立可執行的節點，一個節點用來作為client端發起請求，另一個節點用來作為server端響應請求，所以需要在新建的功能包service_example/src/目錄下新建兩個文件server_node.cpp和client_node.cpp，並將下面的代碼分別填入。
首先，介紹server節點server_node.cpp，代碼內容如下：
1 #include "ros/ros.h" 2 #include "service_example/AddTwoInts.h" 3 4 bool add_execute(service_example::AddTwoInts::Request &req, 5 service_example::AddTwoInts::Response &res) 6 { 7 res.sum = req.a + req.b; 8 ROS_INFO("recieve request: a=%ld,b=%ld",(long int)req.a,(long int)req.b); 9 ROS_INFO("send response: sum=%ld",(long int)res.sum); 10 return true; 11 } 12 13 int main(int argc,char **argv) 14 { 15 ros::init(argc,argv,"server_node"); 16 ros::NodeHandle nh; 17 18 ros::ServiceServer service = nh.advertiseService("add_two_ints",add_execute); 19 ROS_INFO("service is ready!!!"); 20 ros::spin(); 21 22 return 0; 23 }
對server節點代碼進行解析。
#include “ros/ros.h”
#include “service_example/AddTwoInts.h”
包含頭文件ros/ros.h，這是ROS提供的C++客戶端庫，是必須包含的頭文件,就不多說了。service_example/AddTwoInts.h是由編譯系統自動根據我們的功能包和在功能包下創建的*.srv文件生成的對應的頭文件，包含這個頭文件，程序中就可以使用我們自定義服務的數據類型了。
bool add_execute(...)
這個函數實現兩個int64整數求和的服務，兩個int64值從request獲取，返回求和結果裝入response里，request與response的具體數據類型都在前面創建的*.srv文件中被定義，這個函數返回值為bool型。
ros::init(argc,argv,”server_node”);
ros::NodeHandle nh;
初始化ros節點並指明節點的名稱，聲明一個ros節點的句柄，,就不多說了。
ros::ServiceServer service = nh.advertiseService(“add_two_ints”,add_execute);
這一句是創建服務，並將服務加入到ROS網絡中，並且這個服務在ROS網絡中以名稱add_two_ints唯一標識，以便於其他節點通過服務名稱進行請求。
ros::spin();
這一句話讓程序進入自循環的掛起狀態，從而讓程序以最好的效率接收客戶端的請求並調用回調函數，就不多說了。
接着，介紹client節點client_node.cpp，代碼內容如下：
1 #include "ros/ros.h" 2 #include "service_example/AddTwoInts.h" 3 4 #include <iostream> 5 6 int main(int argc,char **argv) 7 { 8 ros::init(argc,argv,"client_node"); 9 ros::NodeHandle nh; 10 11 ros::ServiceClient client = 12 nh.serviceClient<service_example::AddTwoInts>("add_two_ints"); 13 service_example::AddTwoInts srv; 14 15 while(ros::ok()) 16 { 17 long int a_in,b_in; 18 std::cout<<"please input a and b:"; 19 std::cin>>a_in>>b_in; 20 21 srv.request.a = a_in; 22 srv.request.b = b_in; 23 if(client.call(srv)) 24 { 25 ROS_INFO("sum=%ld",(long int)srv.response.sum); 26 } 27 else 28 { 29 ROS_INFO("failed to call service add_two_ints"); 30 } 31 } 32 return 0; 33 }
對client節點代碼進行解析。
之前解釋過的類似的代碼就不做過多的解釋了，這里重點解釋一下前面沒遇到過的代碼。
ros::ServiceClient client =
nh.serviceClient<service_example::AddTwoInts>("add_two_ints");
這一句創建client對象，用來向ROS網絡中名稱叫add_two_ints的service發起請求。
service_example::AddTwoInts srv;
定義了一個service_example::AddTwoInts服務類型的對象，該對象中的成員正是我們在*.srv文件中定義的a、b、sum，我們將待請求的數據填充到數據成員a、b，請求成功后返回結果會被自動填充到數據成員sum中。
if(client.call(srv)){...}
這一句便是通過client的方法call來向service發起請求，請求傳入的參數srv在上面已經介紹過了。
（4）功能包的編譯配置及編譯
創建功能包service_example時，顯式的指明依賴roscpp和std_msgs，依賴會被默認寫到功能包的CMakeLists.txt和package.xml中，並且在功能包中創建*.srv服務類型時已經對服務的編譯與運行做了相關配置，所以只需要在CMakeLists.txt文件的末尾行加入以下幾句用於聲明可執行文件就可以了：
add_executable(server_node src/server_node.cpp) target_link_libraries(server_node ${catkin_LIBRARIES}) add_dependencies(server_node service_example_gencpp) add_executable(client_node src/client_node.cpp) target_link_libraries(client_node ${catkin_LIBRARIES}) add_dependencies(client_node service_example_gencpp)
這里面的add_executable用於聲明可執行文件。target_link_libraries用於聲明可執行文件創建時需要鏈接的庫。add_dependencies用於聲明可執行文件的依賴項，由於我們自定義了*.srv，service_example_gencpp的作用是讓編譯系統自動根據我們的功能包和在功能包下創建的*.srv文件生成的對應的頭文件和庫文件，service_example_gencpp這個名稱是由功能包名稱service_example加上_gencpp后綴而來的，后綴很好理解：生成c++文件就是_gencpp，
生成python文件就是_genpy。
接下來，就可以用下面的命令對功能包進行編譯了：
cd ~/catkin_ws/ catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES="service_example"
（5）功能包的啟動運行
首先，需要用roscore命令來啟動ROS節點管理器，ROS節點管理器是所有節點運行的基礎。
打開命令行終端，輸入命令：
roscore
然后，用source devel/setup.bash激活catkin_ws工作空間，用rosrun <package_name> <node_name>啟動功能包中的server節點。
再打開一個命令行終端，分別輸入命令：
cd ~/catkin_ws/ source devel/setup.bash rosrun service_example server_node
看到有輸出“servive is ready!!!”，就說明server節點已經正常啟動並開始等待client節點向自己發起請求了，如圖22。
（圖22）server節點已經正常啟動
最后，用source devel/setup.bash激活catkin_ws工作空間，用rosrun <package_name> <node_name>啟動功能包中的client節點。
再打開一個命令行終端，分別輸入命令：
cd ~/catkin_ws/ source devel/setup.bash rosrun service_example client_node
看到有輸出提示信息“please input a and b:”后，鍵盤鍵入兩個整數，以空格分割，輸入完畢后回車。如果看到輸出信息“sum=xxx”，就說明client節點向server端發起的請求得到了響應，打印出來的sum就是響應結果，這樣就完成了一次服務請求的通信過程，如圖23。
（圖23）client節點已經正常啟動
到這里，我們編寫的server和client就大功告成了，為了加深對整個程序工作流程的理解，我再把server與client的ROS通信網絡結構圖拿出來，加深一下理解。
（圖24）服務請求與響應ROS通信網絡結構圖
后記
------SLAM+語音機器人DIY系列【目錄】快速導覽------
第1章：Linux基礎
第2章：ROS入門
第3章：感知與大腦
第4章：差分底盤設計
第5章：樹莓派3開發環境搭建
第6章：SLAM建圖與自主避障導航
2.google-cartographer機器人SLAM建圖
第7章：語音交互與自然語言處理
第8章：高階拓展
2.centos7下部署Django(nginx+uwsgi+django+python3)
----------------文章將持續更新，敬請關注-----------------
如果大家對博文的相關類容感興趣，或有什么技術疑問，歡迎加入下面的《SLAM+語音機器人DIY》QQ技術交流群，一起討論學習^_^
關於我們：
視頻教程：
