理解 ROS 2 动作

目标： 在 ROS 2 中内省（introspect）动作。

教程级别： 初级

预计用时： 15 分钟

背景

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

动作建立在话题（topic）和服务（service）之上。它的功能类似于服务，但动作可以被取消。动作还能提供持续的反馈，而服务只返回一次响应。动作采用客户端-服务端（client-server）模型，类似于发布者-订阅者（publisher-subscriber）模型（在话题教程中已有描述）。一个 Action 客户端节点向 Action 服务端节点发送 goal，Action 服务端确认该 goal，并返回一连串的 feedback 和一个 result。

Action-SingleActionClient

前提条件

本教程建立在之前教程中介绍的概念之上，例如节点（node）和话题（topic）。

本教程使用 turtlesim 功能包。

和之前一样，每次打开新的终端时，请记得 source ROS 2 环境。

任务

1 设置

启动两个 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

2 使用动作

当你启动 /teleop_turtle 节点时，终端中会显示以下消息：

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.

我们来关注第二行，它对应一个动作。（第一条指令对应 “cmd_vel” 话题，之前在话题教程中已经讨论过。）

请注意，字母键 G|B|V|C|D|E|R|T 在美式 QWERTY 键盘上围绕着 F 键形成一个 “方框”（如果你使用的不是 QWERTY 键盘，可以参见此链接来对照）。每个键在 F 周围的位置对应 turtlesim 中的相应朝向。例如，E 会将乌龟的朝向旋转到左上角。

注意观察运行 /turtlesim 节点的终端。每按下一个键，你都在向 /turtlesim 节点中的 Action 服务端发送一个 goal。该 goal 的目的是将乌龟旋转到面向特定方向。当乌龟完成旋转后，会显示一条传达 goal 结果的消息：

[INFO] [turtlesim]: Rotation goal completed successfully

F 键可以在执行过程中取消 goal。

尝试按下 C 键，然后在乌龟完成旋转之前按下 F 键。在运行 /turtlesim 节点的终端中，你会看到以下消息：

[INFO] [turtlesim]: Rotation goal canceled

不仅客户端（你在 teleop 中的输入）可以停止 goal，服务端（/turtlesim 节点）也可以。当服务端选择停止处理一个 goal 时，这被称为 “abort”（中止）该 goal。

尝试按下 D 键，然后在第一次旋转完成之前按下 G 键。在运行 /turtlesim 节点的终端中，你会看到以下消息：

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

这个 Action 服务端选择中止第一个 goal，因为它收到了一个新的 goal。它也可以选择其他方式，比如拒绝新的 goal，或者在第一个 goal 完成后再执行第二个 goal。不要假设每个 Action 服务端在收到新 goal 时都会选择中止当前 goal。

3 ros2 node info

要查看一个节点（此处为 /turtlesim）提供的动作列表，打开一个新终端并运行以下命令：

$ ros2 node info /turtlesim
/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_msgs/msg/Color
    /turtle1/pose: turtlesim_msgs/msg/Pose
  Service Servers:
    /clear: std_srvs/srv/Empty
    /kill: turtlesim_msgs/srv/Kill
    /reset: std_srvs/srv/Empty
    /spawn: turtlesim_msgs/srv/Spawn
    /turtle1/set_pen: turtlesim_msgs/srv/SetPen
    /turtle1/teleport_absolute: turtlesim_msgs/srv/TeleportAbsolute
    /turtle1/teleport_relative: turtlesim_msgs/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_msgs/action/RotateAbsolute
  Action Clients:

该命令返回 /turtlesim 的订阅者、发布者、服务、Action 服务端和 Action 客户端列表。

请注意，/turtlesim 的 /turtle1/rotate_absolute 动作位于 Action Servers 下。这意味着 /turtlesim 会响应 /turtle1/rotate_absolute 这个动作并提供反馈。

/teleop_turtle 节点在 Action Clients 下有 /turtle1/rotate_absolute，这意味着它为该动作名称发送 goal。要查看这一点，运行：

$ ros2 node info /teleop_turtle
/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_msgs/action/RotateAbsolute

4 ros2 action list

要识别 ROS 图中的所有动作，运行以下命令：

$ ros2 action list
/turtle1/rotate_absolute

这是当前 ROS 图中唯一的动作。如前所述，它控制乌龟的旋转。通过之前使用 ros2 node info <node_name> 命令，你已经知道该动作有一个 Action 客户端（/teleop_turtle 的一部分）和一个 Action 服务端（/turtlesim 的一部分）。

4.1 ros2 action list -t

动作有类型，类似于话题和服务。要查找 /turtle1/rotate_absolute 的类型，运行以下命令：

$ ros2 action list -t
/turtle1/rotate_absolute [turtlesim_msgs/action/RotateAbsolute]

在每个动作名称（此处只有 /turtle1/rotate_absolute）右侧的方括号中是动作类型 turtlesim_msgs/action/RotateAbsolute。当你想从命令行或代码中执行一个动作时，会需要用到这个信息。

5 ros2 action type

如果你想查看某个动作的动作类型，运行以下命令：

$ ros2 action type /turtle1/rotate_absolute
turtlesim_msgs/action/RotateAbsolute

6 ros2 action info

你可以使用以下命令进一步内省 /turtle1/rotate_absolute 动作：

$ ros2 action info /turtle1/rotate_absolute
Action: /turtle1/rotate_absolute
Action clients: 1
    /teleop_turtle
Action servers: 1
    /turtlesim

这告诉我们之前通过在每个节点上运行 ros2 node info 所了解的信息：/teleop_turtle 节点有一个 Action 客户端，/turtlesim 节点有一个 Action 服务端，它们都是针对 /turtle1/rotate_absolute 动作的。

7 ros2 interface show

在自己发送或执行动作 goal 之前，你还需要知道动作类型的结构。

回想一下，你在运行 ros2 action list -t 命令时已经识别了 /turtle1/rotate_absolute 的类型。在终端中输入以下命令并附上动作类型：

$ ros2 interface show turtlesim_msgs/action/RotateAbsolute

将返回：

# 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

第一条 --- 上方的部分是 goal 请求的结构（数据类型和名称）。下一个部分是 result 的结构。最后一个部分是 feedback 的结构。

8 ros2 action send_goal

现在我们来使用以下语法从命令行发送一个动作 goal：

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

<values> 需要使用 YAML 格式。

关注 turtlesim 窗口，并在终端中输入以下命令：

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

你应该能看到乌龟在旋转。

所有 goal 都有一个唯一 ID，显示在返回消息中。你还可以看到 result，一个名为 delta 的字段，表示相对于起始位置的位移。

要查看此 goal 的 feedback，在 ros2 action send_goal 命令中添加 --feedback：

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

在 goal 完成之前，你将持续收到反馈（剩余弧度值）。

9 ros2 action echo

要查看 Action 客户端和 Action 服务端之间的数据通信，你可以使用以下命令 echo 动作数据：

$ ros2 action echo <action_name> <optional arguments/action_type>

ros2 action echo 依赖于 Action 客户端和 Action 服务端的动作内省（introspection）功能，该功能默认是禁用的。要启用它，用户必须在创建 Action 客户端或 Action 服务端后调用 configure_introspection。

启动 fibonacci_action_server 和 fibonacci_action_client，并启用 action_server_configure_introspection 参数进行演示。

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

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

现在我们可以通过 ros2 action echo 查看 fibonacci_action_server 和 fibonacci_action_client 之间的动作通信。

$ ros2 action echo /fibonacci example_interfaces/action/Fibonacci --flow-style
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: GOAL_SERVICE
info:
  event_type: REQUEST_RECEIVED
  stamp:
    sec: 1742070798
    nanosec: 400706446
  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: RESULT_SERVICE
info:
  event_type: REQUEST_SENT
  stamp:
    sec: 1742070798
    nanosec: 401486678
  client_gid: [1, 15, 165, 231, 194, 197, 167, 157, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 24, 4]
  sequence_number: 1
request: [{goal_id: {uuid: [230, 96, 12, 6, 100, 69, 69, 70, 220, 205, 135, 251, 210, 2, 231, 110]}}]
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}]
---
...

注意：此功能在 Kilted Kaiju 或更高版本中可用。

总结

动作类似于服务，但允许你执行长时间运行的任务、提供定期反馈，并且可以被取消。

一个机器人系统可能会使用动作来进行导航。一个动作 goal 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 feedback），然后在到达目的地后发送一条最终的 result 消息。

Turtlesim 有一个 Action 服务端，Action 客户端可以向其发送 goal 来旋转乌龟。在本教程中，你内省了该动作 /turtle1/rotate_absolute，以更好地了解动作是什么以及它们如何工作。

下一步

现在你已经涵盖了所有核心 ROS 2 概念。本系列的最后几个教程将向你介绍一些工具和技术，让使用 ROS 2 更加容易，从使用 rqt_console 开始。