摘要
ROS机器人操作系统在机器人应用领域很流行，依托代码开源和模块间协作等特性，给机器人开发者带来了很大的方便。我们的机器人“miiboo”中的大部分程序也采用ROS进行开发，所以本文就重点对ROS基础知识进行详细的讲解，给不熟悉ROS的朋友起到一个抛砖引玉的作用。本章节主要内容： 1.ROS是什么 2.ROS系统整体架构 3.在ubuntu16.04中安装ROS kinetic 4.如何编写ROS的第一个程序hello_world 5.编写简单的消息发布器和订阅器 6.编写简单的service和client 7.理解tf的原理 8.理解roslaunch在大型项目中的作用 9.熟练使用rviz 10.在实际机器人上运行ROS高级功能预览
6.编写简单的service和client
上一节介绍了两个ros节点通过发布与订阅消息的通信方式，现在就介绍ros节点间通信的另外一种方式服务。我们将学到：如何自定义服务类型、server端节点编写、client端节点编写等。我就以实现两个整数求和为例，client端节点向server端节点发送a、b的请求，server端节点返回响应sum=a+b给client端节点，通信网络结构如图20。
（图20）服务请求与响应ROS通信网络结构图
（1）功能包的创建
在catkin_ws/src/目录下新建功能包service_example，并在创建时显式的指明依赖roscpp和std_msgs，依赖std_msgs将作为基本数据类型用于定义我们的服务类型。打开命令行终端，输入命令：
cd ~/catkin_ws/src/
#创建功能包service_example时，显式的指明依赖roscpp和std_msgs，
#依赖会被默认写到功能包的CMakeLists.txt和package.xml中
catkin_create_pkg service_example roscpp std_msgs
（2）在功能包中创建自定义服务类型
通过前面的学习，我们知道服务通信过程中服务的数据类型需要用户自己定义，与消息不同，节点并不提供标准服务类型。服务类型的定义文件都是以*.srv为扩展名，并且被放在功能包的srv/文件夹下。
服务类型定义：
首先，在功能包service_example目录下新建srv目录，然后在service_example/srv/目录中创建AddTwoInts.srv文件，文件内容如下：
int64 a
int64 b
---
int64 sum
服务类型编译配置：
定义好我们的服务类型后，要想让该服务类型能在c++、python等代码中被使用，必须要做相应的编译与运行配置。编译依赖message_generation，运行依赖message_runtime。
打开功能包中的CMakeLists.txt文件，找到下面这段代码：
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
roscpp
std_msgs
)
将message_generation添加进去，添加后的代码如下：
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
roscpp
std_msgs
message_generation
)
继续，找到这段代码：
# add_service_files(
# FILES
# Service1.srv
# Service2.srv
# )
去掉这段代码的#注释，将自己的服务类型定义文件AddTwoInts.srv填入，修改好后的代码如下：
add_service_files(
FILES
AddTwoInts.srv
)
继续，找到这段代码：
# generate_messages(
# DEPENDENCIES
# std_msgs
# )
去掉这段代码的#注释，generate_messages的作用是自动创建我们自定义的消息类型*.msg与服务类型*.srv相对应的*.h，由于我们定义的服务类型使用了std_msgs中的int64基本类型，所以必须向generate_messages指明该依赖，修改好后的代码如下：
generate_messages(
DEPENDENCIES
std_msgs
)
然后打开功能包中的package.xml文件，填入下面三句依赖：
<build_depend>message_generation</build_depend>
<build_export_depend>message_generation</build_export_depend>
<exec_depend>message_runtime</exec_depend>
检查ROS是否识别新建的服务类型：
我们通过<功能包名/服务类型名>找到该服务，打开命令行终端，输入命令：
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
rossrv show service_example/AddTwoInts
看到下面的输出，如图21，就说明新建服务类型能被ROS识别，新建服务类型成功了。 
（图21）新建服务类型能被ROS识别
（3）功能包的源代码编写
功能包中需要编写两个独立可执行的节点，一个节点用来作为client端发起请求，另一个节点用来作为server端响应请求，所以需要在新建的功能包service_example/src/目录下新建两个文件server_node.cpp和client_node.cpp，并将下面的代码分别填入。
首先，介绍server节点server_node.cpp，代码内容如下：
#include "ros/ros.h"
#include "service_example/AddTwoInts.h"
bool add_execute(service_example::AddTwoInts::Request &req,
service_example::AddTwoInts::Response &res)
{
res.sum = req.a + req.b;
ROS_INFO("recieve request: a=%ld,b=%ld",(long int)req.a,(long int)req.b);
ROS_INFO("send response: sum=%ld",(long int)res.sum);
return true;
}
int main(int argc,char **argv)
{
ros::init(argc,argv,"server_node");
ros::NodeHandle nh;
ros::ServiceServer service = nh.advertiseService("add_two_ints",add_execute);
ROS_INFO("service is ready!!!");
ros::spin();
return 0;
}
对server节点代码进行解析。
#include “ros/ros.h”
#include “service_example/AddTwoInts.h”
包含头文件ros/ros.h，这是ROS提供的C++客户端库，是必须包含的头文件,就不多说了。 service_example/AddTwoInts.h是由编译系统自动根据我们的功能包和在功能包下创建的*.srv文件生成的对应的头文件，包含这个头文件，程序中就可以使用我们自定义服务的数据类型了。
bool add_execute(...)
这个函数实现两个int64整数求和的服务，两个int64值从request获取，返回求和结果装入response里，request与response的具体数据类型都在前面创建的*.srv文件中被定义，这个函数返回值为bool型。
ros::init(argc,argv,”server_node”);
ros::NodeHandle nh;
初始化ros节点并指明节点的名称，声明一个ros节点的句柄，,就不多说了。
ros::ServiceServer service = nh.advertiseService(“add_two_ints”,add_execute);
这一句是创建服务，并将服务加入到ROS网络中，并且这个服务在ROS网络中以名称add_two_ints唯一标识，以便于其他节点通过服务名称进行请求。
ros::spin();
这一句话让程序进入自循环的挂起状态，从而让程序以最好的效率接收客户端的请求并调用回调函数，就不多说了。 接着，介绍client节点client_node.cpp，代码内容如下：
#include "ros/ros.h"
#include "service_example/AddTwoInts.h"
#include <iostream>
int main(int argc,char **argv)
{
ros::init(argc,argv,"client_node");
ros::NodeHandle nh;
ros::ServiceClient client =
nh.serviceClient<service_example::AddTwoInts>("add_two_ints");
service_example::AddTwoInts srv;
while(ros::ok())
{
long int a_in,b_in;
std::cout<<"please input a and b:";
std::cin>>a_in>>b_in;
srv.request.a = a_in;
srv.request.b = b_in;
if(client.call(srv))
{
ROS_INFO("sum=%ld",(long int)srv.response.sum);
}
else
{
ROS_INFO("failed to call service add_two_ints");
}
}
return 0;
}
对client节点代码进行解析。
之前解释过的类似的代码就不做过多的解释了，这里重点解释一下前面没遇到过的代码。
ros::ServiceClient client =
nh.serviceClient<service_example::AddTwoInts>("add_two_ints");
这一句创建client对象，用来向ROS网络中名称叫add_two_ints的service发起请求。
service_example::AddTwoInts srv;
定义了一个service_example::AddTwoInts服务类型的对象，该对象中的成员正是我们在*.srv文件中定义的a、b、sum，我们将待请求的数据填充到数据成员a、b，请求成功后返回结果会被自动填充到数据成员sum中。
if(client.call(srv)){...}
这一句便是通过client的方法call来向service发起请求，请求传入的参数srv在上面已经介绍过了。
（4）功能包的编译配置及编译
创建功能包service_example时，显式的指明依赖roscpp和std_msgs，依赖会被默认写到功能包的CMakeLists.txt和package.xml中，并且在功能包中创建*.srv服务类型时已经对服务的编译与运行做了相关配置，所以只需要在CMakeLists.txt文件的末尾行加入以下几句用于声明可执行文件就可以了：
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)
这里面的add_executable用于声明可执行文件。target_link_libraries用于声明可执行文件创建时需要链接的库。add_dependencies用于声明可执行文件的依赖项，由于我们自定义了*.srv，service_example_gencpp的作用是让编译系统自动根据我们的功能包和在功能包下创建的*.srv文件生成的对应的头文件和库文件，service_example_gencpp这个名称是由功能包名称service_example加上_gencpp后缀而来的，后缀很好理解：生成c++文件就是_gencpp，生成python文件就是_genpy。
接下来，就可以用下面的命令对功能包进行编译了：
cd ~/catkin_ws/
catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES="service_example"
（5）功能包的启动运行
首先，需要用roscore命令来启动ROS节点管理器，ROS节点管理器是所有节点运行的基础。
打开命令行终端，输入命令：
roscore
然后，用source devel/setup.bash激活catkin_ws工作空间，用rosrun <package_name> <node_name>启动功能包中的server节点。
再打开一个命令行终端，分别输入命令：
cd ~/catkin_ws/
source devel/setup.bash
rosrun service_example server_node
看到有输出“servive is ready!!!”，就说明server节点已经正常启动并开始等待client节点向自己发起请求了，如图22。 
（图22）server节点已经正常启动
最后，用source devel/setup.bash激活catkin_ws工作空间，用rosrun <package_name> <node_name>启动功能包中的client节点。
再打开一个命令行终端，分别输入命令：
cd ~/catkin_ws/
source devel/setup.bash
rosrun service_example client_node
看到有输出提示信息“please input a and b:”后，键盘键入两个整数，以空格分割，输入完毕后回车。如果看到输出信息“sum=xxx”，就说明client节点向server端发起的请求得到了响应，打印出来的sum就是响应结果，这样就完成了一次服务请求的通信过程，如图23。 
（图23）client节点已经正常启动
到这里，我们编写的server和client就大功告成了，为了加深对整个程序工作流程的理解，我再把server与client的ROS通信网络结构图拿出来，加深一下理解。
（图24）服务请求与响应ROS通信网络结构图
