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ROS2 Topic Publisher 基础知识与应用

概述

ROS2中的Publisher（发布者）是节点间通信的核心组件之一，用于向特定Topic发布消息。Publisher通过注册到指定Topic，将数据实时传递给订阅该Topic的Subscriber，是实现机器人传感器数据传输、控制指令发送等场景的基础。例如，发布激光雷达数据、发送运动控制指令等均依赖Publisher。

核心概念

1. Publisher的作用

  • 数据发布：将消息（如传感器数据、控制指令）发送到指定的Topic。
  • 异步通信：与Subscriber解耦，无需等待响应即可继续执行。
  • 多对多支持：一个Topic可被多个Publisher发布，多个Subscriber订阅。

2. 通信流程

Text Only
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graph LR
    A[Publisher] -->|发布消息| B[Topic]
    C[Subscriber] -->|订阅Topic| B
    B -->|消息传递| C

3. 与Subscriber的区别

特性 Publisher Subscriber
功能 发布消息 接收消息
回调机制 无需回调函数 必须定义回调函数处理消息
消息处理 仅负责生成和发送消息 实时处理接收到的数据

4. 生命周期

  1. 注册发布：节点启动时向ROS2系统注册发布到指定Topic。
  2. 消息生成：创建消息对象并填充数据。
  3. 发送消息：通过publish()方法将消息发送到Topic。
  4. 持续运行：根据需求周期性或事件触发发送消息。

常用指令及用法

1. 查看系统中所有Topic

Bash
1
ros2 topic list
示例输出：
Text Only
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/camera/depth/image_raw
/cmd_vel
/odom
/scan

2. 查看Topic的详细信息

Bash
1
ros2 topic info <topic_name>
示例：查看/cmd_vel的详细信息：
Bash
1
ros2 topic info /cmd_vel
输出内容： - 消息类型：geometry_msgs/msg/Twist - 发布者数量：1 - 订阅者数量：2 - QoS配置（如可靠性、持久性）

3. 发布消息到Topic

Bash
1
ros2 topic pub <topic_name> <message_type> <message_content>
示例：向/turtle1/cmd_vel发布乌龟运动指令：
Bash
1
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}}"

4. 查看Topic的消息类型

Bash
1
ros2 topic type <topic_name>
示例：
Bash
1
2
ros2 topic type /cmd_vel
# 输出：geometry_msgs/msg/Twist

5. 查看消息结构

Bash
1
ros2 interface show <msg_type>
示例：查看Twist消息的结构：
Bash
1
ros2 interface show geometry_msgs/msg/Twist
输出：
YAML
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linear:
  x: float64
  y: float64
  z: float64
angular:
  x: float64
  y: float64
  z: float64

6. 测量消息发布频率

Bash
1
ros2 topic hz <topic_name>
示例：查看/scan话题的频率：
Bash
1
ros2 topic hz /scan
输出示例：
Text Only
1
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average rate: 10.002 Hz
max latency: 0.099999s
min latency: 0.090000s

7. 带参数的动态发布（高级用法）

Bash
1
ros2 topic pub --once <topic_name> <message_type> <message_content>
示例：仅发布一次消息：
Bash
1
ros2 topic pub --once /cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 0.5, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {z: 0.0}}"

应用示例：小乌龟运动控制

步骤1：启动Subscriber节点

Bash
1
ros2 run turtlesim turtlesim_node

步骤2：手动发布运动指令

Bash
1
ros2 topic pub /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 2.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {z: 1.8}}"
效果：乌龟将向前移动并旋转。

步骤3：编写Publisher节点（Python示例）

Python
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# publisher.py
import rclpy
from rclpy.node import Node
from geometry_msgs.msg import Twist

class MinimalPublisher(Node):
    def __init__(self):
        super().__init__('minimal_publisher')
        self.publisher_ = self.create_publisher(Twist, '/turtle1/cmd_vel', 10)
        self.timer = self.create_timer(0.5, self.timer_callback)  # 每0.5秒发布一次

    def timer_callback(self):
        msg = Twist()
        msg.linear.x = 1.0
        msg.angular.z = 0.5
        self.publisher_.publish(msg)
        self.get_logger().info('Publishing: Linear=%.1f, Angular=%.1f' % (msg.linear.x, msg.angular.z))

def main(args=None):
    rclpy.init(args=args)
    minimal_publisher = MinimalPublisher()
    rclpy.spin(minimal_publisher)
    minimal_publisher.destroy_node()
    rclpy.shutdown()

if __name__ == '__main__':
    main()

步骤4：运行Publisher节点

Bash
1
ros2 run your_package_name publisher

常见问题与解决

问题1：消息未被接收

可能原因： - Topic名称拼写错误。 - Subscriber未启动或未订阅该Topic。 - QoS配置不匹配（如可靠性、持久性设置）。 解决方法：

Bash
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# 检查Subscriber是否运行
ros2 node list | grep turtlesim

# 确认Topic存在
ros2 topic list | grep cmd_vel

问题2：消息类型不匹配

现象：运行ros2 topic pub时提示No type specified。 解决方法：

Bash
1
2
# 显式指定消息类型
ros2 topic pub /cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{...}"

问题3：发布频率不稳定

可能原因： - 节点未进入spin()循环导致阻塞。 - 系统负载过高影响定时器精度。 解决方法：

Python
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# 确保代码包含spin循环
rclpy.spin(node)

扩展阅读

- ROS2 Humble 官方文档

通过本文，您已掌握ROS2 Publisher的核心概念、常用指令及开发实践。结合小乌龟案例和代码示例，能够高效实现数据发布与控制功能。