ROS2 话题通信

1. 基本概念

• 发布-订阅模型：节点间通过话题（Topic）异步通信，发布者（Publisher）发送消息，订阅者（Subscriber）接收消息。

• 话题（Topic）：数据的传输通道，由名称唯一标识（如 /cmd_vel）。

• 消息（Message）：话题中传输的数据结构，支持标准类型（如 std_msgs/String）或自定义类型。

2. 核心组件

• 发布者（Publisher）：向指定话题发送消息。

• 订阅者（Subscriber）：监听话题并接收消息。

• 消息接口（Interface）：定义数据的格式（如 .msg 文件）。

3. 实现示例（以 Python 为例）

(1) 创建发布者节点

import rclpy

from rclpy.node import Node

from std_msgs.msg import String



class PublisherNode(Node):

    def __init__(self):

        super().__init__('my_publisher')

        self.publisher = self.create_publisher(String, 'chatter', 10)

        timer_period = 1.0 # 每秒发布一次

        self.timer = self.create_timer(timer_period, self.timer_callback)

    

    def timer_callback(self):

        msg = String()

        msg.data = 'Hello, ROS2!'

        self.publisher.publish(msg)

        self.get_logger().info(f'Publishing: "{msg.data}"')



def main(args=None):

    rclpy.init(args=args)

    node = PublisherNode()

    rclpy.spin(node)

    node.destroy_node()

    rclpy.shutdown()



if __name__ == '__main__':

    main()

(2) 创建订阅者节点

import rclpy

from rclpy.node import Node

from std_msgs.msg import String



class SubscriberNode(Node):

    def __init__(self):

        super().__init__('my_subscriber')

        self.subscription = self.create_subscription(String,'chatter',self.listener_callback,10)

    def listener_callback(self, msg):

        self.get_logger().info(f'Received: "{msg.data}"')



def main(args=None):

    rclpy.init(args=args)

    node = SubscriberNode()

    rclpy.spin(node)

    node.destroy_node()

    rclpy.shutdown()



if __name__ == '__main__':

    main()

(3) 配置依赖和编译

• package.xml：添加 rclpy 和 std_msgs 依赖。

<depend>rclpy</depend>

<depend>std_msgs</depend>

• setup.py：确保入口点已注册。

entry_points={

    'console_scripts': [

        'publisher = my_package.publisher:main',

        'subscriber = my_package.subscriber:main',

    ],

}

(4) 编译

colcon build --packages-select my_package

source install/setup.bash

(5) 运行与测试

• 启动发布者：

  
  ros2 run my_package publisher
  
  

• 启动订阅者：

  
  ros2 run my_package subscriber
  
  

• 查看话题列表：

  
  ros2 topic list
  
  

• 手动发布消息：

  
  ros2 topic pub /chatter std_msgs/String "{data: 'Manual message'}"
  
  

4. 服务质量（QoS）配置

ROS2 通过 QoS 策略控制通信行为，常用配置：

• 可靠性（Reliability）：

  • Reliable：确保消息不丢失（适用于关键数据）。

  • BestEffort：允许丢包（适用于高频低优先级数据）。

• 持久性（Durability）：

  • TransientLocal：订阅者可接收发布者历史消息。

• 示例：

from rclpy.qos import QoSProfile, QoSReliabilityPolicy, QoSDurabilityPolicy



qos_profile = QoSProfile(

    depth=10,#队列的深度，也就是发布者或订阅者能保存的消息数量

    reliability=QoSReliabilityPolicy.RELIABLE,

    durability=QoSDurabilityPolicy.TRANSIENT_LOCAL

)



self.publisher = self.create_publisher(String, 'chatter', qos_profile)

QoSDurabilityPolicy参数

• 可选值：
  • TRANSIENT_LOCAL：发布者保留历史消息
  • VOLATILE：不保留历史消息

5. 高级特性

• 自定义消息：

  1. 在 msg 目录下创建 .msg 文件（如 MyMessage.msg）。

  2. 在 CMakeLists.txt 和 package.xml 中声明消息生成依赖。

• 多话题通信：一个节点可同时作为多个话题的发布者/订阅者。

• 同步与异步通信：默认异步，可通过 wait_for_message() 实现同步接收。

6. 话题通信常用命令

$ ros2 topic list                # 查看话题列表
$ ros2 topic info <topic_name>   # 查看话题信息
$ ros2 topic hz <topic_name>     # 查看话题发布频率
$ ros2 topic bw <topic_name>     # 查看话题传输带宽
$ ros2 topic echo <topic_name>   # 查看话题数据
$ ros2 topic pub <topic_name> <msg_type> <msg_data>   # 发布话题消息

7.实际应用

话题命名：使用/namespace/topic_name结构
消息设计：避免超过1MB的大消息
频率控制：合理设置发布频率（建议≤100Hz）

• 话题无数据：

  • 检查话题名称是否一致：ros2 topic list | grep <topic_name>。

  • 确认消息类型匹配：ros2 topic info <topic_name>。

  • 检查 QoS 配置是否兼容（如发布者使用 BestEffort，订阅者需相同）。

• 消息延迟：

  • 增大 QoS 的 depth 参数以缓冲更多消息。

  • 优化节点性能，减少回调函数处理时间。

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补充：

1.与 ROS1 的主要区别

• 底层协议：ROS2 使用 DDS（数据分发服务），支持更灵活的通信配置。

• 节点生命周期：ROS2 节点需显式初始化和销毁。

• 命令行工具：ROS2 使用 ros2 替代 roscore，无需主节点（Master）。

ros2 topic pub命令

  ros2 topic pub [选项] <话题名称> <消息类型> "<消息内容>"

一、命令参数详解

ros2 topic pub 
/chatter              # 目标话题名称
std_msgs/String       # 消息类型（包名/消息名）
"{data: 'Manual message'}"  # YAML格式的消息内容

二、各部分功能说明

1. 话题名称：

   • 必须是已存在的活跃话题
   • 查看所有话题：ros2 topic list

2. 消息类型：

   • 标准消息：如std_msgs/String, geometry_msgs/Twist
   • 自定义消息：package_name/msg/MyMessage

3. 消息内容：

   • YAML格式或Python字典格式
   • 必须严格匹配消息结构

三、自定义消息步骤

1. 查看消息结构：

   ros2 interface show std_msgs/msg/String
   # 输出：string data
   

2. 复杂消息示例：

   # 发布geometry_msgs/Twist
   ros2 topic pub /cmd_vel geometry_msgs/Twist "
   linear:
     x: 0.5
     y: 0.0
     z: 0.0
   angular:
     x: 0.0
     y: 0.0
     z: 0.3"
   

3. 常用选项参数：

   -1      # 发布一次后退出
   -r 10   # 以10Hz频率持续发布
   -w 2    # 等待2秒后发布
   

四、实用技巧

1. 自动补全：

   ros2 topic pub /chatter std_msgs/String <按Tab键补全>
   

2. 调试建议：

   # 先使用echo验证话题
   ros2 topic echo /chatter
   # 再发布测试消息
   

五、常见错误处理

1. 格式错误：

   • 错误：缺少缩进或冒号
   • 解决：使用YAML校验工具检查

2. 类型不匹配：

   # 错误示例：字符串赋给数值字段
   "{data: 'hello'}"  # 用于std_msgs/Int32会报错
   

3. 字段缺失：

   • 必须完整填写所有required字段

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即使最高的山，也不比最低的山谷更靠近天空。任何地方都不比另一个地方拥有更多的天空。 —辛波斯卡