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ROS2 Topic Subscriber 基础知识与应用

概述

ROS2中的Subscriber（订阅者）是节点间通信的核心组件之一，用于接收其他节点通过Topic发布的消息。Subscriber通过订阅特定主题（Topic）获取数据，并通过回调函数处理消息，是实现机器人感知、控制等功能的基础。例如，激光雷达数据订阅、图像处理等场景均依赖Subscriber。

核心概念

1. Subscriber的作用

  • 数据接收：从Publisher发布的Topic中获取实时数据。
  • 回调机制：通过回调函数（Callback）处理接收到的消息。
  • 异步通信：与Publisher解耦，支持一对多和多对多通信。

2. 通信流程

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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
    C --> D[回调函数处理]

3. 与Publisher的区别

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

4. 生命周期

  1. 注册订阅：节点启动时向ROS2系统注册订阅的Topic。
  2. 接收消息：持续监听Topic，等待消息到达。
  3. 回调触发：消息到达时触发预定义的回调函数。
  4. 数据处理：在回调函数中解析并处理消息内容。

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：
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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（Publisher）数量：1 - 订阅者（Subscriber）数量：2 - QoS配置（如可靠性、持久性）

3. 实时查看Topic数据

Bash
1
ros2 topic echo <topic_name>
示例：查看/cmd_vel的实时数据：
Bash
1
ros2 topic echo /cmd_vel
输出示例：
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linear:
  x: 0.5
  y: 0.0
  z: 0.0
angular:
  x: 0.0
  y: 0.0
  z: 0.2

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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float64 x
float64 y
float64 z
---
float64 x
float64 y
float64 z

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：
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3
average rate: 10.002 Hz
max latency: 0.099999s
min latency: 0.090000s

7. 取消订阅（高级场景）

ROS2中默认无法直接通过指令取消订阅，需通过代码或停止节点实现。若需动态管理订阅，需在代码中实现条件判断或使用rclcpp的Subscription对象的cancel()方法。

应用示例：小乌龟运动控制

步骤1：启动Publisher节点

Bash
1
ros2 run turtlesim turtle_teleop_key
（按方向键生成/turtle1/cmd_vel话题数据）

步骤2：订阅并查看运动指令

Bash
1
ros2 topic echo /turtle1/cmd_vel
终端输出：
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linear:
  x: 2.0
  y: 0.0
  z: 0.0
angular:
  x: 0.0
  y: 0.0
  z: 1.5

步骤3：编写Subscriber节点（Python示例）

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

class MinimalSubscriber(Node):
    def __init__(self):
        super().__init__('minimal_subscriber')
        self.subscription = self.create_subscription(
            Twist,
            '/turtle1/cmd_vel',
            self.listener_callback,
            10)
        self.subscription  # 避免警告

    def listener_callback(self, msg):
        self.get_logger().info(f'Received: Linear={msg.linear.x}, Angular={msg.angular.z}')

def main(args=None):
    rclpy.init(args=args)
    minimal_subscriber = MinimalSubscriber()
    rclpy.spin(minimal_subscriber)
    minimal_subscriber.destroy_node()
    rclpy.shutdown()

if __name__ == '__main__':
    main()

步骤4：运行Subscriber节点

Bash
1
ros2 run your_package_name subscriber

常见问题与解决

问题1：无法接收到消息

可能原因： - Topic名称拼写错误。 - Publisher未启动或未发布消息。 - QoS配置不匹配（如可靠性、持久性设置）。 解决方法：

Bash
1
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# 检查Publisher是否运行
ros2 node list | grep turtle_teleop_key

# 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 echo时提示No type specified。 解决方法：

Bash
1
2
# 显式指定消息类型
ros2 topic echo /cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist

问题3：回调函数未触发

可能原因： - 订阅的Topic未正确初始化。 - 节点未进入spin()循环。 解决方法：

Python
1
2
# 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 Subscriber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，能够高效实现数据订阅与处理功能。