ROS 2 Service、Action 与反馈

ROS 2 Service、Action 与反馈

HTTP request、事件通知和长轮询对应不同时间尺度。ROS 2 service 是一次请求/响应，适合切换模式、查询状态或快速校验；action 为长任务定义 goal、feedback、result 和 cancel，适合导航、抓取和校准。把几十秒的任务硬塞进 service，会让客户端超时、重试和“到底完成没有”变得含糊。

学习目标

• 能把一次查询、可取消长任务和持续状态流分别选择为 service、action 和 topic。
• 能从 JS/TS 的 Promise、AbortSignal 和 progress callback 迁移到 goal、feedback、result 和 cancel 状态机。
• 能为 service/action 设计可观察日志，并用 CLI 验证接受、取消、失败和完成的结果。

接口类型表达任务时间尺度

const result = await robot.moveTo(goal, {
onProgress: reportProgress,
signal: controller.signal,
});

service_->async_send_request(request, response_callback);
action_client_->async_send_goal(goal, send_options);
action_client_->async_cancel_goal(goal_handle);

service 回调要快速返回结果或错误码，不应在 executor 线程里同步等待硬件。action server 收到 goal 后应验证资源和前置条件，再周期性发布 feedback；取消请求要与控制器合作停在安全点，不能只把一个标志设为 false 就宣称已取消。结果应包含成功、取消、失败和原因，而不是只有布尔值。

action server 的状态机

using GoalHandle = rclcpp_action::ServerGoalHandle<MoveTo>;

void execute(const std::shared_ptr<GoalHandle>& handle) {
  auto result = std::make_shared<MoveTo::Result>();
  auto feedback = std::make_shared<MoveTo::Feedback>();
  while (!reached_goal(handle->get_goal())) {
    if (handle->is_canceling()) {
      stop_motion_safely();
      result->error_code = MoveTo::Result::CANCELED;
      handle->canceled(result);
      return;
    }
    feedback->remaining_m = remaining_distance();
    handle->publish_feedback(feedback);
  }
  result->error_code = MoveTo::Result::SUCCEEDED;
  handle->succeed(result);
}

这是执行逻辑骨架，实际 action 类型字段和线程装配由接口包决定。执行循环要有时间/硬件故障退出条件，is_canceling 不应隔很久才检查。一个目标句柄的寿命要覆盖异步回调；不要捕获局部 result 的裸地址。多个 goal 是否排队、抢占还是拒绝，也必须写进 server 契约。

Service 的错误边界

“设置最大速度”可用 service，响应携带 accepted、旧值和错误文本；“移动到位”用 action。客户端要处理服务不存在、超时和节点重启，不能把 transport 成功当成业务成功。重试前检查命令是否幂等，否则网络重发可能让机械臂执行两次动作。

常见编译、链接、运行时错误

找不到 action 生成头文件，检查接口包先构建并在运行包声明依赖；链接失败看 action type support 是否进入 target。服务一直等待通常是 server 未启动、名称被 namespace 改写或回调被阻塞。action 取消后机器人仍运动，检查 cancel 到控制器的路径和安全停止确认；客户端退出时，要处理未完成 goal 的结果回调，避免访问已销毁对象。

迁移练习

为“移动到目标点”定义 action：goal 包含目标位姿和最大速度，feedback 包含进度/剩余距离，result 包含状态、最终位姿和错误码。再为“读取当前校准”定义 service，列出超时、节点重启和重复请求时的处理。

移动使用 action；goal 为目标位姿/速度上限，feedback 为已行进距离/剩余距离，result 为 SUCCEEDED/CANCELED/FAILED 与错误码。执行线程在每个控制周期检查 cancel 和硬件故障，安全停止后再确认 canceled；校准查询可用 service 并返回 accepted、值和原因。

先写一个真正短的 service

查询电池状态、重置错误计数和切换传感器模式通常应在一次回调内完成。service 回调不应该启动一个几十秒的导航任务，更不能在回调中忙等硬件。

using Trigger = std_srvs::srv::Trigger;
service_ = create_service<Trigger>(
  "/reset_faults",
  [this](Trigger::Request::SharedPtr, Trigger::Response::SharedPtr response) {
    if (!fault_store_.reset()) {
      response->success = false;
      response->message = "controller is not ready";
      return;
    }
    response->success = true;
    response->message = "faults reset";
  });

运行 ros2 service type /reset_faults 和 ros2 service call /reset_faults std_srvs/srv/Trigger {}，同时观察服务端日志。请求成功只表示服务端接受并完成了短操作，不代表机器人已经移动到某个位置。

Action 的 goal、feedback 和 cancel

导航、抓取、标定等任务要能报告进度和响应取消。客户端应监听 GoalResponse、Feedback 与 Result，服务端则在循环中检查 goal_handle->is_canceling() 和 rclcpp::ok()。取消不是异常；它应有明确的终态和清理动作。

void execute(const std::shared_ptr<GoalHandle> handle) {
  for (int step = 0; step < 10; ++step) {
    if (handle->is_canceling()) {
      auto result = std::make_shared<Action::Result>();
      result->success = false;
      handle->canceled(result);
      return;
    }
    auto feedback = std::make_shared<Action::Feedback>();
    feedback->progress = (step + 1) / 10.0;
    handle->publish_feedback(feedback);
    loop_.sleep_for(100ms);
  }
  auto result = std::make_shared<Action::Result>();
  result->success = true;
  handle->succeed(result);
}

示例里的 sleep_for 只用于说明状态机，真实控制循环要使用设备反馈和安全 watchdog。用 ros2 action send_goal -f 可以看到 feedback，用 ros2 action list -t 验证 action 类型。

回调线程与任务所有权

长任务不能占满 single-threaded executor，否则同一节点的 cancel、诊断和安全停止回调都无法运行。可把 action 执行放入明确管理的 worker，或用 callback group 与 MultiThreadedExecutor 分隔；共享状态要有锁或单线程所有权。析构时先阻止新 goal，再取消/等待 worker，最后销毁 publisher 和 action server，避免 lambda 捕获已经释放的 this。

常见失败的定位顺序

客户端超时先查 action 名称、接口类型和 server 是否存在；goal 被接受但没有 feedback，查 executor 是否被阻塞；cancel 无效，查执行循环是否检查取消标志；结果重复回调，查重试策略是否把同一 goal 当新任务。对机械臂或移动底盘测试时只使用仿真和限速台架，记录 goal id、状态转换、feedback 时间戳和最终原因。

常见错误与调试路径

service 回调迟迟不返回，检查是否把硬件等待或导航循环塞进了 single-threaded executor；action 取消后仍输出控制命令，检查取消分支是否先停止执行器并发布安全状态；客户端重复发送 goal，检查重试是否保留旧 goal id。用 ros2 service list、ros2 action list -t、服务调用结果和 action feedback 逐层确认接口，而不是只看进程仍在运行。