ROS2话题介绍与实现
ROS 2 话题（Topic）全面介绍与实现教程
1. 什么是 ROS 2 话题？
在 ROS 2 中，话题（Topic） 是节点之间异步通信的核心机制。它采用 发布/订阅（Publish/Subscribe）模型：
- Publisher（发布者）：负责向指定话题发送消息。
- Subscriber（订阅者）：订阅某个话题并接收消息。
- Topic（话题）：消息传输的通道，类似一个“广播频道”。
- Message（消息）：消息内容的格式与数据结构，由
.msg文件定义。
为什么使用话题？
- 组件之间解耦：发布者和订阅者不需要直接知道对方存在，只需约定话题名和消息类型。
- 一对多通信：多个订阅者可同时接收同一个话题的消息。
- 适合传感器数据流：如激光雷达、相机图像、IMU 数据。
举例说明：
想象一个电台广播，发布者相当于电台节目主持人，订阅者相当于收听节目的听众，而“话题”就是广播的频道频率。
2. 话题通信流程图
flowchart LR
A[Publisher 节点] -->|发布消息| B[(Topic 话题)]
B -->|订阅消息| C[Subscriber 节点1]
B -->|订阅消息| D[Subscriber 节点2]
解释：
- 发布者节点将消息发送到话题。
- 所有订阅该话题的节点都能接收到相同消息。
3. 话题相关基础命令
ROS 2 提供一系列命令用于查看、调试话题：
3.1 查看所有话题
ros2 topic list
3.2 查看某话题的消息类型
ros2 topic type /话题名
3.3 实时查看话题消息内容
ros2 topic echo /话题名
3.4 发布测试消息（调试用）
ros2 topic pub /话题名 消息类型 "{字段: 值}"
示例：
ros2 topic pub /chatter std_msgs/msg/String "{data: 'Hello ROS2'}"
4. 使用 Python 实现话题
4.1 发布者（publisher.py）
此节点会每隔 0.5 秒发布一条消息到 chatter 话题。
import rclpy
from rclpy.node import Node
from std_msgs.msg import String
class MinimalPublisher(Node):
def __init__(self):
super().__init__('minimal_publisher')
# 创建发布者，话题名为 "chatter"，消息类型为 String
self.publisher_ = self.create_publisher(String, 'chatter', 10)
# 定时器：每 0.5 秒执行一次回调函数
self.timer = self.create_timer(0.5, self.timer_callback)
self.count = 0
def timer_callback(self):
msg = String()
msg.data = f'Hello ROS2 (Python): {self.count}'
self.publisher_.publish(msg)
self.get_logger().info(f'Publishing: "{msg.data}"')
self.count += 1
def main(args=None):
rclpy.init(args=args)
node = MinimalPublisher()
rclpy.spin(node) # 循环运行节点
node.destroy_node()
rclpy.shutdown()
if __name__ == '__main__':
main()
4.2 订阅者（subscriber.py）
此节点会订阅 chatter 话题并打印接收到的消息。
import rclpy
from rclpy.node import Node
from std_msgs.msg import String
class MinimalSubscriber(Node):
def __init__(self):
super().__init__('minimal_subscriber')
self.subscription = self.create_subscription(
String,
'chatter',
self.listener_callback,
10)
def listener_callback(self, msg):
self.get_logger().info(f'I heard: "{msg.data}"')
def main(args=None):
rclpy.init(args=args)
node = MinimalSubscriber()
rclpy.spin(node)
node.destroy_node()
rclpy.shutdown()
if __name__ == '__main__':
main()
5. 使用 C++ 实现话题
5.1 发布者（publisher.cpp）
#include
#include
#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"
using namespace std::chrono_literals;
class MinimalPublisher : public rclcpp::Node
{
public:
MinimalPublisher() : Node("minimal_publisher"), count_(0)
{
// 创建发布者
publisher_ = this->create_publisher("chatter", 10);
// 每 500 毫秒触发一次回调
timer_ = this->create_wall_timer(
500ms, std::bind(&MinimalPublisher::timer_callback, this));
}
private:
void timer_callback()
{
auto message = std_msgs::msg::String();
message.data = "Hello ROS2 (C++): " + std::to_string(count_++);
RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Publishing: '%s'", message.data.c_str());
publisher_->publish(message);
}
rclcpp::Publisher::SharedPtr publisher_;
rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_;
size_t count_;
};
int main(int argc, char * argv[])
{
rclcpp::init(argc, argv);
rclcpp::spin(std::make_shared());
rclcpp::shutdown();
return 0;
}
5.2 订阅者（subscriber.cpp）
#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"
class MinimalSubscriber : public rclcpp::Node
{
public:
MinimalSubscriber() : Node("minimal_subscriber")
{
subscription_ = this->create_subscription(
"chatter", 10, std::bind(&MinimalSubscriber::topic_callback, this, std::placeholders::_1));
}
private:
void topic_callback(const std_msgs::msg::String::SharedPtr msg) const
{
RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "I heard: '%s'", msg->data.c_str());
}
rclcpp::Subscription::SharedPtr subscription_;
};
int main(int argc, char * argv[])
{
rclcpp::init(argc, argv);
rclcpp::spin(std::make_shared());
rclcpp::shutdown();
return 0;
}
6. 工程结构与配置
6.1 工程结构
ros2_ws/
└── src/
└── topic_demo/
├── CMakeLists.txt
├── package.xml
├── src/
│ ├── publisher.cpp
│ └── subscriber.cpp
└── topic_demo/
├── __init__.py
├── publisher.py
└── subscriber.py
6.2 package.xml 关键内容
topic_demo
0.0.0
ROS2 Topic Demo
Your Name
Apache-2.0
ament_cmake
rclcpp
rclpy
std_msgs
6.3 CMakeLists.txt 关键内容
cmake_minimum_required(VERSION 3.5)
project(topic_demo)
find_package(ament_cmake REQUIRED)
find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(std_msgs REQUIRED)
add_executable(publisher src/publisher.cpp)
ament_target_dependencies(publisher rclcpp std_msgs)
add_executable(subscriber src/subscriber.cpp)
ament_target_dependencies(subscriber rclcpp std_msgs)
install(TARGETS
publisher
subscriber
DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})
ament_package()
7. 编译与运行
7.1 编译
cd ~/ros2_ws
colcon build
source install/setup.bash
7.2 运行 Python 版本
ros2 run topic_demo publisher.py
ros2 run topic_demo subscriber.py
7.3 运行 C++ 版本
ros2 run topic_demo publisher
ros2 run topic_demo subscriber
8. 常见调试方法
-
查看话题是否存在：
ros2 topic list -
查看话题消息：
ros2 topic echo /chatter -
确认消息类型：
ros2 topic type /chatter -
手动发布调试：
ros2 topic pub /chatter std_msgs/msg/String "{data: 'test'}"