深入理解 ROS2 Action

最近被 ROS2 action 弄得云里雾里，想要写一篇博客记录一下学习过程。
（以下笔记比较随意，算是我边学边唠叨的记录）

Action 的基本组成

一个 action 是由 request、result 和 feedback 三个部分组成的：

# Request
---
# Result
---
# Feedback

Request：action client 发向 action server
Result：action server 发往 action client
Feedback：也是 server 发给 client 的，但它是周期性更新的、多条消息

脑海里冒出一堆问题：
这些和话题（topic）有什么区别？
是公用的话题还是只有 server 和 client 才能访问？
谁来处理 goal，谁来处理 feedback，谁来处理 result？

一个实例化的动作，叫做一个 goal（目标）。

👉 参考：如何创建一个动作（官方文档）

动作的定义位置

必须要在 支持 C++ 的包 里面定义
建议单开一个以 interfaces 结尾的包，用来放 action 定义

动作的两部分：Server 和 Client

Action 分为两部分：动作服务器（Server） 和 动作客户端（Client）。

创建动作服务器（Server）

先看 Python 的官方例子。

self._action_server = ActionServer(
    self,            # 加入这个 server 的结点
    Fibonacci,       # action 的类型
    'fibonacci',     # action 的名字
    self.execute_callback # 执行“被接受的 goal”的回调函数
)

回调函数大致如下：

def execute_callback(self, goal_handle):
    self.get_logger().info('Executing goal...')
    goal_handle.succeed()
    result = Fibonacci.Result()
    return result

这里 goal_handle.succeed() 的作用是标记目标成功。

一个更完整的版本：

def execute_callback(self, goal_handle):
    self.get_logger().info('Executing goal...')

    sequence = [0, 1]
    for i in range(1, goal_handle.request.order):
        sequence.append(sequence[i] + sequence[i-1])

    goal_handle.succeed()
    result = Fibonacci.Result()
    result.sequence = sequence
    return result

异步与同步

我当时的困惑：
如果这个动作需要等待另一个进程的返回呢？会不会阻塞？

先澄清两个概念：

**Synchronous (同步)**：按顺序来，等一个完成了再做下一个
**Asynchronous (异步)**：可以同时处理，任务完成时再通知你

ROS2 的动作是 异步的：

client 发 goal 之后，可以去做别的事
过程中可以收到 feedback
goal 也可以随时取消

但是！如果动作内部调用了阻塞的操作，那 server 还是会卡住。
所以这就涉及到 future 和 Python 的 asyncio。

Client 部分

定义 Client 时，需要指定 action 类型和名字：

1	self._action_client = ActionClient(self, Fibonacci, 'fibonacci')

在通信之前：

1	self._action_client.wait_for_server()

发送一个 goal：

1	return self._action_client.send_goal_async(goal_msg)

这里返回的就是一个 future。

Future 是什么？

我理解中的 future = 咖啡店点单的小票。

你可能会见到：

_send_goal_future()
_get_result_future()

future 的意思就是“将来要得到的结果”，但现在就先开票。
当结果准备好时，会触发回调函数。

Asyncio 与 Future

如果 ROS2 自己不能避免阻塞，就得用 Python 的 asyncio。

例子：

loop = asyncio.get_running_loop()
future = loop.create_future()
await future
confirmed_result = future.result()

要点：

async def 定义协程函数，不会立即执行
执行方式：asyncio.run() 或 await some_async_fn()

asyncio 三类对象：

Coroutine（协程）
用 async def 定义，是“异步逻辑的蓝图”。
Task（任务）
用 asyncio.create_task() 启动协程，后台运行。
Future
一个低层占位符，相当于一张提货单。

在 ROS2 action 的场景下：

我们等待的其实是 外部消息的到来
所以在 callback 里用 future.set_result(user_response) 唤醒之前等待的协程

Result 与 Goal 的区别

疑问：result 和 goal_handle 的状态有啥区别？

在我的例子里，result 就是 goal 的执行结果
有的情况：goal 成功，但 result 里有具体数值输出
记得：执行 goal 的回调函数必须返回一个符合 action 类型定义的 result

那么如果 action 被 abort 了，它还会返回 result 吗？🤔
这个就需要进一步实验或查文档了。

参考资料

ROS2 官方教程
异步调用 future/promise 模式（C++版本）

写到这里，我觉得对 ROS2 action 的理解清晰多了。
虽然一开始各种疑惑，但边学边写笔记还是挺有帮助的！