ROS2机器人开发入门｜第4课：ROS2核心概念-Topic（话题）-平芜编程栈

1.前言

上一节课我们讲了Node节点的相关内容，这一节我们来学习ROS2里的另一个重要概念：Topic话题。

2.Topic话题概念

Topic是ROS2中的一种单向消息通道，包含发布者（Publisher）和订阅者（Subscriber）,它有以下特点：

单向：Publisher → Topic → Subscriber；订阅者不能直接发消息给发布者
一对多 / 多对多：一个话题可以多个发布者、多个订阅者
异步：发布者只管不停发，不需要等订阅者回复，无应答
数据有消息类型：每个话题绑定唯一消息类型，类型不匹配就收不到
基于 DDS 底层传输：持续流式数据（摄像头图像、IMU、里程计、速度指令），高频持续推送

3.Topic核心3要素

1. 话题名称
我们还是官方小海龟为例

ros2 run turtlesim turtlesim_node

新打开一个终端 ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

# 查看话题列表ros2 topic list

返回了话题名称：

2. 话题类型

# 加了-t 参数会返回话题类型ros2 topic list-t

话题类型格式：包名/msg/消息名

3. QoS（服务质量策略）
QoS 就是一套发布者和订阅者之间约定好的通信规则，规定消息怎么发、丢了怎么办、消息存多久、超时怎么处理。只有两端 QoS 配置兼容，话题才能正常收发数据。
ROS2 的 QoSProfile 由 6 个独立策略组成，每一项两端都要做兼容性匹配校验。

字段名称	含义	可选枚举值	说明
History（历史策略）	消息缓存队列的管理方式	`KEEP_LAST`/`KEEP_ALL`	KEEP_LAST：只保留最近N条（depth队列深度）；KEEP_ALL：全部缓存，直到内存耗尽，慎用
Reliability（可靠性）	是否丢包重传	`RELIABLE`/`BEST_EFFORT`	RELIABLE：可靠传输，丢包自动重传，保证送达；BEST_EFFORT：尽力传输，不重传，追求低延迟
Durability（持久性）	新加入的订阅者能否收到历史消息	`VOLATILE`/`TRANSIENT_LOCAL`	VOLATILE：新来的订阅只能收到之后新发的消息；TRANSIENT_LOCAL：发布者本地保留最后一条消息，新订阅上线立刻补发（静态配置、地图很常用）
Deadline（截止时间）	消息最大发送间隔	时间值，默认无限	比如设置200ms：必须200ms内发一条消息，超时会触发QoS事件回调
Lifespan（消息寿命）	单条消息的有效期	时间值，默认无限	消息生成之后，超过这个时间还没被收到，直接丢弃
Liveliness（活跃度）	节点/发布者存活检测机制	`AUTOMATIC`/`MANUAL_BY_TOPIC`等	检测发布端是否掉线、崩溃，超时后订阅侧收到掉线事件

Reliability 兼容矩阵

Publisher \ Subscriber	RELIABLE	BEST_EFFORT
RELIABLE	✅ 兼容	✅ 兼容
BEST_EFFORT	❌ 不兼容	✅ 兼容

Durability 兼容矩阵

Publisher \ Subscriber	VOLATILE	TRANSIENT_LOCAL
VOLATILE	✅	✅
TRANSIENT_LOCAL	✅	✅

4.Topic相关命令

4.1查看topic正在发布的消息：ros2 topic echo

语法： ros2 topicecho<topic_name># 实际操作ros2 topicecho/turtle1/cmd_vel

4.2查看话题信息： ros2 topic info

ros2 topic info /turtle1/cmd_vel

# 查看话题更多详细信息# 将返回 发布者/订阅者节点名称、命名空间、话题类型、QoS profileros2 topic info /turtle1/cmd_vel-verbose(-v)

4.3 查看话题类型细节：ros2 interface show

前面我们用ros2 topic list -t 查看了话题的类型，如下：

我们可以进一步查看话题/turtle1/cmd_vel 的类型geometry_msgs/msg/Twist的细节：

ros2 interface show geometry_msgs/msg/Twist

解释一下上面的返回：

This expresses velocity in free space broken into its linear and angular parts.
翻译：该消息表示自由空间中的速度，分为线速度（linear）和角速度（angular）两部分

1. linear：线速度（平移速度，单位：m/s 米每秒）

Vector3代表三维向量 x,y,z

linear.x：前进 / 后退
- 正数 = 向前
- 负数 = 向后
linear.y：左右平移
- 正数 = 向左
- 负数 = 向右
linear.z：上下方向平移
- 地面移动机器人几乎永远是 0；无人机、机械臂才会用到 z

2. angular：角速度（旋转速度，单位：rad/s 弧度 / 秒）

angular.x：绕 X 轴翻滚（roll），地面机器人一般 = 0
angular.y：绕 Y 轴俯仰（pitch），地面机器人一般 = 0
angular.z：原地转向（偏航 yaw），最常用！
- 正数：逆时针左转（从机器人上方俯视）
- 负数：顺时针右转

字段	含义	地面小车常用值
linear.x	前后平移速度(m/s)	正数前进、负数后退
linear.y	左右平移速度(m/s)	差分轮固定0，麦轮可用
linear.z	上下平移速度(m/s)	固定0
angular.x	绕X轴翻滚(rad/s)	固定0
angular.y	绕Y轴俯仰(rad/s)	固定0
angular.z	原地旋转(rad/s)	正数左转，负数右转

4.4 向话题发布消息：ros2 topic pub

语法：

ros2 topic pub<topic_name><msg_type>'<args>'

# 发送的数据要以YML字符串的格式ros2 topic pub /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist"{linear: {x: 2.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z: 1.8}}"

# 上面的发送数据也可以简写为：只写想改变的数据部分，不改动的数据可省略ros2 topic pub /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist"{linear: {x: 2.0}, angular: {z: 1.8}}"

# 发送空数据ros2 topic pub /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist# 这相当于发送默认数据：ros2 topic pub /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist"{linear: {x: 0.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z: 0.0}}"--rate1# 用TAB键自动完成参数输入ros2 topic pub /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist<TAB>

弹出的参数可以通过光标修改数值，完成后点击回车，就会执行参数。