ROS¶

运行时结构¶

Node (节点)¶

节点负责看摄像头、算路径、驱动电机等行为。一个节点通常只负责一件小事。

在写代码时，Node是一个文件（比如 robot_control.py 或 node.cpp）。
在运行起来后，Node就变成了操作系统里的一个进程（Process），也就是在内存里运行的程序。

Topic（话题）¶

ROS 2 Topic 的工作原理类似于广播电台：

Publisher (发布者)：将数据（Message）发送到特定的 Topic 上。
Subscriber (订阅者)：监听特定的 Topic 并接收数据。
Message (消息)：Topic 传输的数据结构（如整数、字符串或复杂的传感器数据结构）。
多对多关系：一个 Topic 可以有多个发布者和多个订阅者，系统是解耦的。

Topic有/scan，/cmd_vel等。斜杠（/）在 ROS2 里只是为了分类和分层。比如 /camera/front/image_raw 和 /camera/back/image_raw，它真正的名字叫命名空间（Namespace）。

Topic是一条在内存和网络中流淌的虚拟数据通道。

当发布（Publish）指令时： 没有写任何文件，而是把数据打包，通过电脑的内存（共享内存）或者网络（UDP/TCP 协议）直接发射出去了。
底盘驱动节点： 把频道调到了 /cmd_vel。只要一收到这个频道里的无线电信号，它就立刻把数据转成电信号去驱动电机。
机器人控制对实时性要求极高。如果是写文件、读文件，硬盘的读写速度太慢了，而且频繁擦写硬盘很快就会坏掉。所以 ROS2 全部走内存和网络通信。

消息（Message / msgs）¶

聊天频道里规定的标准。ROS 规定了严格的数据格式。比如速度信息必须用 geometry_msgs/Twist 这种格式。

通信方式¶

通信方式	功能
Topic (话题)	发布者持续向话题发送数据，订阅者监听并接收。支持多对多通信，适用于传感器数据、状态更新等持续性数据流。
Service (服务)	客户端发送请求，服务端处理后返回响应。一请一答的同步通信，适用于配置变更、查询等短时任务。
Action (动作)	用于长时间运行的任务。客户端请求任务执行，服务端可返回执行反馈（Feedback），任务完成后返回最终结果。
Parameter (参数)	节点的可配置参数，支持运行时修改而无需重启或改代码。用于调整节点行为和配置。

基础查询¶

列出所有话题
```
ros2 topic list
```
加上 -t 可以同时查看话题的数据类型： ros2 topic list -t
查看话题详情 查看谁在发布、谁在订阅以及数据类型：
```
ros2 topic info /topic_name
```

数据交互¶

打印话题数据内容 实时查看话题里到底传的是什么：
```
ros2 topic echo /topic_name
```
手动发布消息 常用于调试，模拟传感器或给机器人发指令：
```
ros2 topic pub /topic_name msg_type "{data: value}"
```
示例（以 1Hz 频率发布字符串）： ros2 topic pub -r 1 /chatter std_msgs/msg/String "{data: 'Hello ROS2'}"

性能与结构分析¶

查看发布频率 检查传感器数据是否达到预期的刷新率：
```
ros2 topic hz /topic_name
```

查看消息类型定义 想知道这个话题的数据结构具体长什么样：

ros2 interface show <type_name>
# 例如：ros2 interface show geometry_msgs/msg/Twist

软件结构¶

Workspace (工作空间)¶

通常叫 dev_ws。它是最外层的容器，里面包含 src（源码）、build（中间产物）、install（安装后的可执行文件）。

Package (功能包)¶

ros2 pkg create 是 ROS 2 中的一个命令行工具，用于自动创建一个新的功能包（Package）的目录结构和基础模板代码。

在 ROS 2 中，所有的代码（节点、库、配置等）都必须组织在“功能包”里。手动创建这些文件夹和编译文件非常麻烦且容易出错，所以我们使用这个命令：

ros2 pkg create --build-type <编译类型> <功能包名称>

--build-type: 指定编译系统。
- ament_cmake: 如果你打算用 C++ 开发。
- ament_python: 如果你打算用 Python 开发。
<package_name>: 你给功能包起的名字（建议使用小写字母和下划线）。

当你运行这个命令后，它会自动生成一套标准功能包。

如果是 C++ (`ament_cmake`)¶

它会为你生成： * CMakeLists.txt: 告诉编译器如何构建你的代码。 * package.xml: 包含功能包的元数据（作者、许可证、依赖项）。 * include/: 存放头文件的文件夹。 * src/: 存放源代码的文件夹。

如果是 Python (`ament_python`)¶

它会为你生成： * setup.py: 描述如何安装和运行 Python 脚本。 * setup.cfg: 配置文件。 * package.xml: 依赖管理。 * resource/: 资源文件占位。 * 与包同名的文件夹/: 存放 Python 脚本的地方。

创建节点¶

把节点代码放在 src/（C++）或与包同名的文件夹（Python）里。每个节点都是一个独立的可执行程序。

登记（entry point）¶

在功能包的配置文件里（CMakeLists.txt 或 setup.py），你需要告诉系统你的节点叫什么名字，以及它是哪个源文件编译出来的。

例如，在setup.py里，有类似这样的代码：

entry_points={
    'console_scripts': [
        'track_node = follow_track.track_node:main'
    ],
}

这行代码的意思是：当运行 track_node 这个命令时，去调用 follow_track 包下的 track_node.py 里的 main 函数。

编译¶

进入工作空间¶

在执行构建命令之前，你必须处于工作空间的根目录（通常叫 dev_ws 或 ros2_ws）。

cd ~/ros2_ws

执行构建命令¶

使用 colcon build 来编译整个工作空间：

colcon build

参数：

--symlink-install：使用软链接安装。这样当你修改 Python 脚本或配置文件（如 launch 文件）时，不需要重新 build 就能直接运行新代码。
--packages-select <package_name>：只编译特定的包。如果你的工作空间很大，这能节省大量时间。
--continue-on-error：即便某个包报错，也继续编译其他不相关的包。

环境生效 (Source)¶

# 在当前工作空间下
source install/setup.bash

运行¶

运行节点：

ros2 run <package_name> <executable_name>

核心机制¶

DDS (Data Distribution Service)¶

这是 ROS 2 区别于 ROS 1 的最大特点。ROS 2 不再自己写底层的网络传输，而是利用了工业级的 DDS 标准。 * 作用：它负责在复杂的网络环境下（甚至是多台电脑之间）寻找节点、保证数据不丢失、处理延时。 * Discovery (发现机制)：当你启动一个节点，DDS 会自动在局域网内广播：“我叫 A，我有一个名叫 /chatter 的话题”。其他节点会自动匹配上。

The RMW (ROS Middleware Interface)¶

为了不被某一家 DDS 厂商绑死，ROS 2 加了一层“适配器”。无论底层用的是 eProsima Fast DDS 还是 Cyclone DDS，对你写的业务代码来说都是透明的。