深入理解ROS中的Topics, Services和Actions(含示例)

阅读 桌面完整版

不知道听谁说的：之后的人工智能会和机器人强烈结合，是下一个十年的技术趋势。

“ROS – 机器人操作系统 机器人操作系统 (ROS) 是一套软件库和工具，可帮助您构建机器人应用程序。从驱动程序到先进的算法，以及强大的开发者工具，ROS 可满足您下一个机器人项目的所有需求。而且它完全开源。”

ROS 和 ROS 2 简介

• ROS（机器人操作系统） 是一个灵活的机器人软件开发框架。它提供工具、库和约定，用于简化在各种机器人平台上构建复杂且可靠的行为。
• ROS 2 是 ROS 的下一代版本，解决了实时性能、安全性和多平台支持等问题。其底层使用 DDS（数据分发服务）实现可扩展且可靠的通信。

可以到官网学习：ros.org

ROS 中的核心通信概念

• Topics（主题） – 用于节点间异步传输流式数据。
• Services（服务） – 用于同步的请求/响应通信。
• Actions（动作） – 用于带反馈和可取消的长时间运行任务。

1. Topics（主题）

什么是 Topics？

• Topics 提供发布/订阅通信模式。
• 一个节点发布数据，其他节点订阅。
• 非常适合用于持续流数据（如传感器数据）。

主要特点

通信模式	发布 / 订阅
方向	单向
同步性	异步
典型用途	图像、激光、IMU、状态信息

示例代码

# 发布者（Publisher）
pub = rospy.Publisher('/chatter', String, queue_size=10)
pub.publish("你好，世界！")

# 订阅者（Subscriber）
def callback(msg):
    rospy.loginfo(msg.data)
sub = rospy.Subscriber('/chatter', String, callback)

2. Services（服务）

什么是 Services？

• 提供一种同步、请求-响应的通信方式。
• 适用于执行一次性任务，并获得返回值。
• 客户端请求，服务器响应。

主要特点

通信模式	请求 / 响应
方向	双向
同步性	同步（阻塞）
典型用途	获取传感器快照、配置设置、参数查询

示例代码

# 服务端（Server）
def handle_add(req):
    return req.a + req.b

service = rospy.Service('add_two_ints', AddTwoInts, handle_add)

# 客户端（Client）
rospy.wait_for_service('add_two_ints')
add = rospy.ServiceProxy('add_two_ints', AddTwoInts)
resp = add(1, 2)

3. Actions（动作）

什么是 Actions？

• 适合需要反馈、持续时间较长并可中断的任务。
• 如导航、机械臂运动等。
• 由客户端发送“目标”，服务器处理并定期反馈进度。

主要特点

通信模式	目标 / 状态 / 反馈
方向	双向
同步性	异步 + 反馈机制
典型用途	导航、移动、长任务控制

示例代码

# 发送目标
client = actionlib.SimpleActionClient('move_base', MoveBaseAction)
client.wait_for_server()
goal = MoveBaseGoal()
goal.target_pose.header.frame_id = "map"
goal.target_pose.pose.position.x = 1.0
client.send_goal(goal)
client.wait_for_result()

# 服务器
def execute_cb(goal):  
    # 执行任务
    feedback = MoveBaseFeedback()  
    result = MoveBaseResult()  
    server.set_succeeded(result)  

server = actionlib.SimpleActionServer('move_base', MoveBaseAction, execute_cb, False)  
server.start()

ROS 中 Action 和 Service 的区别

特性	Service（服务）	Action（动作）
通信模式	请求 / 响应	目标 / 反馈 / 结果
是否同步	是（阻塞）	否（非阻塞）
任务持续时间	短	长时间运行
支持反馈	否	是
可取消	否	是
适用场景	快速查询或配置	需要进度反馈的长任务，如导航

类比

• Service 类似于调用函数并等待返回结果
• Action 类似于在后台启动任务并持续检查进度

结语

• Topics、Services 和 Actions 是 ROS 中进行节点间通信的三大机制。
• 合理选择通信方式将帮助构建更加稳定、高效的机器人系统。

ROS (Robot Operating System) 机器人操作系统

• 深入理解ROS中的Topics, Services和Actions(含示例)

英文：ROS Topics, Services and Actions Explained with Clear Examples

微信公众号: 小赖子的英国生活和资讯 JustYYUK

阅读 桌面完整版