【ROS2】Beginner : CLI tools - 理解 ROS 2 动作

最新推荐文章于 2025-12-02 20:41:06 发布

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#ROS2 #自动驾驶 #机器人

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理解 ROS 2 动作

目标：了解 ROS 2 中动作（Actions）的概念，以及如何通过命令行工具查看和交互动作。
难度级别：初学者
预计时间：15 分钟

背景

动作是 ROS 2 中的一种通信类型，专门用于长时间运行的任务。它由三部分组成：目标（goal）、反馈（feedback）和结果（result）。

动作基于话题和服务构建，功能与服务类似，但具有两个关键优势：支持任务取消，且能提供持续的反馈（服务仅返回单次响应）。

动作采用客户端-服务器模型（类似话题的发布者-订阅者模型）：“动作客户端”节点向“动作服务器”节点发送目标，服务器确认目标后，会持续返回反馈，并在任务结束时返回结果。
在这里插入图片描述

前提条件

本教程基于前序教程中介绍的节点、话题等概念展开，且需使用 turtlesim 功能包。

和往常一样，每个新打开的终端都需先执行 ROS 2 的环境配置文件（source setup 文件）。

任务

1. 设置

启动 turtlesim 的两个节点（/turtlesim 和 /teleop_turtle），用于演示动作功能：

打开新终端，运行 turtlesim 主节点：
```
ros2 run turtlesim turtlesim_node
```
再打开一个新终端，运行键盘控制节点：
```
ros2 run turtlesim turtle_teleop_key
```

2. 使用动作

启动 /teleop_turtle 节点后，终端会显示如下提示信息：

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.

第一行（方向键控制移动）对应前序教程中介绍的 cmd_vel 话题，此处暂不关注；
第二行（字母键控制旋转）对应动作功能，是本教程的核心内容。

动作功能说明

在美式 QWERTY 键盘上，G|B|V|C|D|E|R|T 这 8 个键围绕 F 键分布，每个键的位置对应乌龟在 turtlesim 中的一个绝对朝向（非 QWERTY 键盘用户可参考此链接适配）。例如，按下 E 键会让乌龟旋转到左上角方向。

实际操作验证

完成目标：观察运行 /turtlesim 节点的终端，每次按下上述字母键（如 C），都会向 /turtlesim 节点中的动作服务器发送一个“旋转目标”。当乌龟完成旋转后，终端会输出结果提示：
```
[INFO] [turtlesim]: Rotation goal completed successfully
```
取消目标：按下 F 键可中途取消正在执行的目标。例如，按下 C 键后，在乌龟完成旋转前按下 F 键，/turtlesim 终端会显示：
```
[INFO] [turtlesim]: Rotation goal canceled
```
中止目标：除客户端（键盘输入）可取消目标外，服务器（/turtlesim 节点）也可能主动“中止”任务。例如，按下 D 键触发旋转后，在旋转完成前按下 G 键发送新目标，服务器会中止第一个目标并执行新目标，终端提示：
```
[WARN] [turtlesim]: Rotation goal received before a previous goal finished. Aborting previous goal
```
注意：不同动作服务器对“新目标与未完成目标”的处理逻辑可能不同（如拒绝新目标、排队执行等），并非所有服务器都会中止当前目标。

3. ros2 node info

通过 ros2 node info 命令可查看节点提供的动作（服务器/客户端）列表。以 /turtlesim 节点为例：

ros2 node info /turtlesim

输出结果中，动作相关信息位于 Action Servers 和 Action Clients 部分：

/turtlesim
  ...（省略订阅者、发布者、服务等信息）
  Action Servers:
    /turtle1/rotate_absolute: turtlesim_msgs/action/RotateAbsolute
  Action Clients:

/turtlesim 节点在 Action Servers 下包含 /turtle1/rotate_absolute，说明它是该动作的服务器，负责接收目标、执行旋转并返回反馈/结果；
同理，查看 /teleop_turtle 节点的信息，会发现它在 Action Clients 下包含 /turtle1/rotate_absolute，说明它是该动作的客户端，负责发送旋转目标：
```
ros2 node info /teleop_turtle
```
关键输出：
```
/teleop_turtle
  ...（省略其他信息）
  Action Clients:
    /turtle1/rotate_absolute: turtlesim_msgs/action/RotateAbsolute
```

4. ros2 action list

通过 ros2 action list 命令可查看当前 ROS 图中所有活跃的动作：

ros2 action list

当前系统中仅存在一个动作，输出如下：

/turtle1/rotate_absolute

4.1 ros2 action list -t

与话题、服务类似，动作也有“类型”，用于定义目标、反馈和结果的数据结构。通过 -t（--show-types 缩写）选项可查看动作类型：

ros2 action list -t

输出：

/turtle1/rotate_absolute [turtlesim_msgs/action/RotateAbsolute]

括号中的 turtlesim_msgs/action/RotateAbsolute 即为 /turtle1/rotate_absolute 动作的类型，后续通过命令行或代码执行动作时需用到该类型。

5. ros2 action type

若已知动作名称，可通过 ros2 action type 直接查询其类型，无需列出所有动作：

ros2 action type /turtle1/rotate_absolute

输出：

turtlesim_msgs/action/RotateAbsolute

6. ros2 action info

通过 ros2 action info 命令可查看动作的详细信息，包括对应的客户端和服务器节点：

ros2 action info /turtle1/rotate_absolute

输出：

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

结果与 ros2 node info 的查询结论一致：/teleop_turtle 是动作客户端，/turtlesim 是动作服务器。

7. ros2 interface show

在发送动作目标前，需了解动作类型定义的数据结构（目标、反馈、结果分别包含哪些字段）。通过 ros2 interface show 命令，结合动作类型即可查看：

ros2 interface show turtlesim_msgs/action/RotateAbsolute

输出：

# 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

第一部分（第一个 --- 上方）：目标（goal） 结构，theta 表示乌龟需要旋转到的目标角度（单位：弧度）；
第二部分（两个 --- 之间）：结果（result） 结构，delta 表示乌龟从初始位置到目标角度的角位移（单位：弧度）；
第三部分（第二个 --- 下方）：反馈（feedback） 结构，remaining 表示仍需旋转的角度（单位：弧度）。

8. ros2 action send_goal

通过命令行发送动作目标的语法如下：

ros2 action send_goal <动作名称> <动作类型> <目标参数（YAML 格式）>

基础用法：发送旋转目标

保持 turtlesim 窗口可见，执行以下命令，让乌龟旋转到 1.57 弧度（约 90 度）：

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

终端输出如下，同时可观察到乌龟在窗口中旋转：

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

Goal accepted with ID：每个目标都有唯一 ID，用于标识任务；
Result：任务完成后返回的结果，delta 为实际角位移；
status: SUCCEEDED：表示目标执行成功。

进阶用法：查看实时反馈

添加 --feedback 选项，可在目标执行过程中实时查看反馈（剩余旋转角度）：

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

输出示例（反馈会持续更新，直到任务完成）：

Sending goal:
   theta: -1.57

Goal accepted with ID: e6092c831f994afda92f0086f220da27

Feedback:
  remaining: -3.1268222332000732

Feedback:
  remaining: -3.1108222007751465

...（持续输出反馈）

Result:
  delta: 3.1200008392333984

Goal finished with status: SUCCEEDED

9. ros2 action echo

通过 ros2 action echo 命令可监听动作客户端与服务器之间的所有通信数据（目标、反馈、结果等）。但需注意：

动作的“通信监听”功能默认关闭，需先为客户端和服务器启用 configure_introspection 配置；
以下演示使用 action_tutorials 功能包中的斐波那契动作示例（需提前安装该功能包）。

步骤 1：启动启用监听的动作服务器和客户端

启动斐波那契动作服务器，并启用监听配置：

ros2 run action_tutorials_cpp fibonacci_action_server --ros-args -p action_server_configure_introspection:=contents

启动斐波那契动作客户端，并启用监听配置：

ros2 run action_tutorials_py fibonacci_action_client --ros-args -p action_client_configure_introspection:=contents

步骤 2：监听动作通信数据

执行以下命令，监听 /fibonacci 动作的所有通信数据（--flow-style 选项使输出格式更紧凑）：

ros2 action echo /fibonacci example_interfaces/action/Fibonacci --flow-style

输出示例（包含目标请求、反馈、结果等完整通信过程）：

interface: GOAL_SERVICE
info:
  event_type: REQUEST_SENT
  stamp:
    sec: 1742070798
    nanosec: 400435819
  client_gid: [1, 15, 165, 231, 194, 197, 167, 157, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 20, 4]
  sequence_number: 1
request: [{goal_id: {uuid: [230, 96, 12, 6, 100, 69, 69, 70, 220, 205, 135, 251, 210, 2, 231, 110]}, goal: {order: 10}}]
response: []
---
interface: FEEDBACK_TOPIC
goal_id:
  uuid: [230, 96, 12, 6, 100, 69, 69, 70, 220, 205, 135, 251, 210, 2, 231, 110]
feedback:
  sequence: [0, 1, 1]
---
interface: STATUS_TOPIC
status_list: [{goal_info: {goal_id: {uuid: [230, 96, 12, 6, 100, 69, 69, 70, 220, 205, 135, 251, 210, 2, 231, 110]}, stamp: {sec: 1742070798, nanosec: 401146752}}, status: 2}]
---
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