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ROS2 Action 基础知识与应用

概述

ROS2中的Action（动作）是一种用于长时间运行任务的通信机制，结合了话题和服务的特点，适用于需要过程反馈和可取消操作的场景。例如机器人导航、机械臂运动控制等。Action通过目标（Goal）、反馈（Feedback）和结果（Result）实现客户端与服务端的交互，是ROS2系统中高级任务管理的核心工具。

核心概念

1. Action的组成部分

组件 作用 示例场景
目标（Goal） 客户端发送的指令，定义任务目标（如旋转角度、移动距离）。 旋转乌龟到指定角度
反馈（Feedback） 服务端实时返回任务执行状态（如当前进度、剩余时间）。 旋转过程中返回剩余角度
结果（Result） 任务完成后返回最终状态（成功、失败、取消等）。 旋转完成后返回实际旋转角度

2. Action与话题/服务的区别

特性 Action 话题（Topics） 服务（Services）
通信模式 同步+异步（目标发送同步，反馈异步） 异步，一对多 同步，请求-应答
反馈机制 支持实时反馈（Feedback） 无反馈 仅最终响应
可取消性 可中途取消（通过Cancel Goal） 无法取消 无取消机制
适用场景 长时任务（导航、机械臂控制） 实时数据传输（传感器数据） 短时操作（复位、参数设置）

3. Action生命周期

  1. 发送目标：客户端通过send_goal发送指令。
  2. 执行任务：服务端开始执行目标，持续发送反馈。
  3. 反馈更新：客户端通过订阅反馈话题获取进度。
  4. 结果返回：任务完成后返回结果状态（成功、失败、取消）。

常用指令及用法

1. 查看系统中所有Action

Bash
1
ros2 action list
示例输出：
Text Only
1
/turtle1/rotate_absolute

2. 查看Action的详细信息

Bash
1
ros2 action info <action_name>
示例：查看乌龟旋转Action的信息：
Bash
1
ros2 action info /turtle1/rotate_absolute
输出内容： - 消息类型：turtlesim/action/RotateAbsolute - 支持的目标、反馈和结果字段。

3. 发送Action目标

Bash
1
ros2 action send_goal <action_name> <action_type> "{参数}"
示例：让乌龟旋转到180度：
Bash
1
ros2 action send_goal /turtle1/rotate_absolute turtlesim/action/RotateAbsolute "{theta: 3.14}"
带反馈的发送：
Bash
1
ros2 action send_goal /turtle1/rotate_absolute turtlesim/action/RotateAbsolute "{theta: -1.57}" --feedback

4. 其他相关指令

查看Action消息类型

Bash
1
ros2 interface show <action_type>
示例：查看RotateAbsolute的Action结构：
Bash
1
ros2 interface show turtlesim/action/RotateAbsolute
输出：
YAML
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float32 theta  # 目标角度
---
float32 delta  # 实际旋转角度
---
float32 remaining  # 剩余角度

取消正在进行的Action目标

Bash
1
ros2 action cancel <action_name> <goal_id>
示例：取消目标ID为f8db8f44410849eaa93d3feb747dd444的Action：
Bash
1
ros2 action cancel /turtle1/rotate_absolute f8db8f44410849eaa93d3feb747dd444

应用示例：小乌龟旋转控制

步骤1：启动小乌龟仿真

Bash
1
ros2 run turtlesim turtlesim_node

步骤2：发送旋转Action

Bash
1
ros2 action send_goal /turtle1/rotate_absolute turtlesim/action/RotateAbsolute "{theta: 1.57}" --feedback
终端输出：
Text Only
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Waiting for an action server to become available...
Sending goal: theta: 1.57
Goal accepted with ID: e6092c831f994afda92f0086f220da27
Feedback: remaining: 1.5680003166198732
Feedback: remaining: 0.0
Result: delta: 1.57
Goal finished with status: SUCCEEDED

步骤3：中途取消Action

Bash
1
ros2 action cancel /turtle1/rotate_absolute e6092c831f994afda92f0086f220da27

自定义Action接口开发

1. 定义Action接口文件（*.action）

Bash
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# MoveCircle.action
float32 radius  # 目标半径
---
float32 distance # 实际移动距离
---
float32 progress # 当前进度百分比

2. 实现Action服务器（Server）

Python
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# action_server.py
from action_msgs.msg import GoalStatus
from your_package.action import MoveCircle

def execute_callback(goal_handle):
    # 任务逻辑（如控制乌龟画圈）
    while not done:
        # 发布反馈
        feedback = MoveCircle.Feedback()
        feedback.progress = current_progress
        goal_handle.publish_feedback(feedback)
    # 返回结果
    result = MoveCircle.Result()
    result.distance = total_distance
    goal_handle.succeed()
    return result

3. 实现Action客户端（Client）

Python
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# action_client.py
from your_package.action import MoveCircle

async def send_goal():
    action_client = ActionClient(node, MoveCircle, 'move_circle')
    goal_msg = MoveCircle.Goal()
    goal_msg.radius = 0.5
    send_goal_future = action_client.send_goal_async(goal_msg)
    # 等待结果并处理反馈

常见问题与解决

问题1：Action未被接受

可能原因： - 目标参数格式错误。 - Action服务器未启动。 解决方法：

Bash
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# 检查服务器是否运行
ros2 node list | grep turtlesim

# 确认Action名称和类型
ros2 action list
ros2 action info /turtle1/rotate_absolute

问题2：反馈未显示

可能原因： - 未添加--feedback参数。 - 反馈话题未正确订阅。 解决方法：

Bash
1
2
# 重新发送目标并添加反馈参数
ros2 action send_goal ... --feedback

扩展阅读

- ROS2 Humble 官方文档

通过本文，您已掌握ROS2 Action的核心概念、常用指令及开发实践。结合小乌龟案例和自定义接口开发，能够高效实现复杂任务的流程控制与状态管理。