ROS2 话题通信实战：消息对象、Publisher 发布器与 Subscriber 订阅器保姆级教程

上一篇文章主要讲解了 ROS2 中常见的消息类型，例如 std_msgs、geometry_msgs、nav_msgs、sensor_msgs，并重点说明了 geometry_msgs::msg::Twist、Pose、PoseStamped、TransformStamped 等消息的含义。

为了方便大家按照顺序学习，ROS2 话题通信专题文章整理如下：

第一篇：ROS2 常见消息类型保姆级教程

ROS2 常见消息类型保姆级教程-CSDN博客https://blog.csdn.net/m0_58954356/article/details/161693378?spm=1001.2014.3001.5501第三篇：ROS2 常用命令保姆级教程：node、topic、interface、run、launch、param 一文搞懂

史上最全 ROS2 常用命令保姆级教程：节点、话题、消息结构、参数、服务和动作一篇讲透-CSDN博客https://blog.csdn.net/m0_58954356/article/details/161726502?spm=1001.2014.3001.5501这一篇开始进入 ROS2 话题通信实战，重点讲清楚几个问题：

1. ROS2 中如何创建消息对象？
2. Publisher 发布器怎么写？
3. Subscriber 订阅器怎么写？

本文仍然以移动机器人常用的速度控制消息：

复制代码

geometry_msgs::msg::Twist

为例，带大家从代码层面真正看懂 ROS2 的话题发布、话题订阅和消息字段查看方法，为后续学习 ros2 topic、ros2 node、ros2 interface 等常用调试命令打好基础。

一、ROS2 消息对象的常见写法

1.1 创建消息对象的基本格式

ROS2 中创建消息对象，一般采用下面这种格式：

包名::msg::消息类型变量名;

例如：

复制代码

std_msgs::msg::String msg;
geometry_msgs::msg::Twist vel_cmd;
nav_msgs::msg::Odometry odom;
sensor_msgs::msg::LaserScan scan;

这和普通 C++ 定义变量非常像。

普通 C++ 中可以这样定义变量：

复制代码

int age;
double speed;
std::string name;

ROS2 中定义消息对象则是：

复制代码

geometry_msgs::msg::Twist vel_cmd;

其中：

复制代码

geometry_msgs::msg::Twist    消息类型
vel_cmd                      消息对象名

也就是说，vel_cmd 是一个变量，只不过它的类型不是 int、double，而是 ROS2 中的 Twist 消息类型。

1.2 以 Twist 为例创建速度消息

Twist 常用于 /cmd_vel 速度控制话题

移动机器人控制中，经常会看到：

复制代码

geometry_msgs::msg::Twist vel_cmd;

这句代码的意思是：

创建一个 Twist 类型的速度消息对象，名字叫 vel_cmd。

Twist 里面主要包含两部分：

复制代码

Vector3 linear;   // 线速度
Vector3 angular;  // 角速度

完整字段如下：

复制代码

vel_cmd.linear.x;
vel_cmd.linear.y;
vel_cmd.linear.z;

vel_cmd.angular.x;
vel_cmd.angular.y;
vel_cmd.angular.z;

对于大多数地面移动机器人来说，最常用的是：

复制代码

vel_cmd.linear.x;    // 前进 / 后退速度
vel_cmd.angular.z;   // 左转 / 右转角速度

1.3 给消息字段赋值

（1）让机器人向前运动

例如：

复制代码

geometry_msgs::msg::Twist vel_cmd;

vel_cmd.linear.x = 0.2;
vel_cmd.angular.z = 0.0;

含义是：

复制代码

机器人以 0.2 m/s 的速度向前运动，不旋转。

这里：

复制代码

linear.x = 0.2

表示沿机器人前方方向前进。

复制代码

angular.z = 0.0

表示不绕 z 轴旋转。

（2）让机器人原地旋转

如果写成：

复制代码

vel_cmd.linear.x = 0.0;
vel_cmd.angular.z = 0.5;

含义是：

复制代码

机器人不前进，只原地旋转。

其中：

复制代码

angular.z = 0.5

表示绕 z 轴旋转，单位通常是：

复制代码

rad/s

也就是弧度每秒。

（3）让机器人停止

如果想让机器人停止，一般写成：

复制代码

vel_cmd.linear.x = 0.0;
vel_cmd.angular.z = 0.0;

并且发布出去：

复制代码

pub_vel->publish(vel_cmd);

需要注意的是，机器人停止时，最好不是简单地"不发消息"，而是主动发布一个零速度消息。

也就是：

复制代码

linear.x = 0.0
angular.z = 0.0

这样底盘控制节点才能明确知道机器人需要停止。

二、ROS2 发布器 Publisher 的写法

2.1 发布器的基本定义方式

Publisher 需要指定消息类型

如果要发布 Twist 消息，发布器一般这样定义：

复制代码

rclcpp::Publisher<geometry_msgs::msg::Twist>::SharedPtr pub_vel;

可以拆开理解：

复制代码

rclcpp::Publisher<geometry_msgs::msg::Twist>

表示这是一个发布 Twist 消息的发布器。

复制代码

SharedPtr

表示智能指针类型。

复制代码

pub_vel

是发布器对象的名字。

完整意思就是：

定义一个发布 geometry_msgs::msg::Twist 消息的发布器，名字叫 pub_vel。

2.2 创建发布器

使用 create_publisher 创建发布器

在 ROS2 节点类里面，通常使用：

复制代码

create_publisher

创建发布器。

例如：

复制代码

pub_vel = this->create_publisher<geometry_msgs::msg::Twist>("/cmd_vel", 10);

这句代码可以拆成：

复制代码

this->create_publisher<geometry_msgs::msg::Twist>

表示创建一个发布 Twist 消息的发布器。

复制代码

"/cmd_vel"

表示发布到 /cmd_vel 话题。

复制代码

表示队列深度。

所以这句代码整体含义是：

创建一个发布器，这个发布器向 /cmd_vel 话题发布 Twist 类型消息，队列深度为 10。

2.3 发布消息

先创建消息，再赋值，最后 publish

发布消息的基本流程是：

1. 创建消息对象
2. 给消息字段赋值
3. 调用 publish 发布出去

代码如下：

cpp 复制代码

geometry_msgs::msg::Twist vel_cmd;

vel_cmd.linear.x = 0.1;
vel_cmd.angular.z = 0.0;

pub_vel->publish(vel_cmd);

其中：

复制代码

pub_vel->publish(vel_cmd);

表示把 vel_cmd 这条速度消息发布出去。

如果 pub_vel 发布的是 /cmd_vel 话题，那么底盘控制节点订阅到这个话题后，就可以控制机器人运动。

2.4 完整发布器示例代码

周期发布 /cmd_vel 速度消息

下面是一个简单的 ROS2 C++ 发布器节点，功能是周期性发布速度消息，让机器人向前运动。

cpp 复制代码

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "geometry_msgs/msg/twist.hpp"

using namespace std::chrono_literals;

class CmdVelPublisher : public rclcpp::Node
{
public:
    CmdVelPublisher() : Node("cmd_vel_publisher")
    {
        pub_vel = this->create_publisher<geometry_msgs::msg::Twist>("/cmd_vel", 10);

        timer = this->create_wall_timer(
            500ms,
            std::bind(&CmdVelPublisher::timer_callback, this)
        );
    }

private:
    void timer_callback()
    {
        geometry_msgs::msg::Twist vel_cmd;

        vel_cmd.linear.x = 0.1;
        vel_cmd.linear.y = 0.0;
        vel_cmd.linear.z = 0.0;

        vel_cmd.angular.x = 0.0;
        vel_cmd.angular.y = 0.0;
        vel_cmd.angular.z = 0.0;

        pub_vel->publish(vel_cmd);

        RCLCPP_INFO(
            this->get_logger(),
            "Publishing: linear.x = %.2f, angular.z = %.2f",
            vel_cmd.linear.x,
            vel_cmd.angular.z
        );
    }

private:
    rclcpp::Publisher<geometry_msgs::msg::Twist>::SharedPtr pub_vel;
    rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer;
};

int main(int argc, char * argv[])
{
    rclcpp::init(argc, argv);

    auto node = std::make_shared<CmdVelPublisher>();

    rclcpp::spin(node);

    rclcpp::shutdown();

    return 0;
}

2.5 发布器代码重点解释

（1）包含头文件

cpp 复制代码

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "geometry_msgs/msg/twist.hpp"

其中：

复制代码

rclcpp/rclcpp.hpp

是 ROS2 C++ 客户端库头文件。

复制代码

geometry_msgs/msg/twist.hpp

是**Twist 消息类型对应的头文件。**

只要代码里使用：

复制代码

geometry_msgs::msg::Twist

就需要包含：

复制代码

#include "geometry_msgs/msg/twist.hpp"

（2）创建发布器

cpp 复制代码

pub_vel = this->create_publisher<geometry_msgs::msg::Twist>("/cmd_vel", 10);

这句表示创建 /cmd_vel 话题发布器。

消息类型是：

复制代码

geometry_msgs::msg::Twist

话题名字是：

复制代码

/cmd_vel

（3）创建定时器

复制代码

timer = this->create_wall_timer(
    500ms,
    std::bind(&CmdVelPublisher::timer_callback, this)
);

这句表示每隔 500ms 执行一次：

复制代码

timer_callback()

所以这个节点会周期性发布速度消息。

（4）发布速度消息

复制代码

pub_vel->publish(vel_cmd);

这句才是真正把速度消息发布出去。

如果没有这句，前面只是创建了消息、给消息赋值，并没有真正发到话题中。

三、ROS2 订阅器 Subscriber 的写法

3.1 订阅器的基本定义方式

Subscriber 也需要指定消息类型

如果要订阅 Twist 消息，订阅器一般这样定义：

复制代码

rclcpp::Subscription<geometry_msgs::msg::Twist>::SharedPtr sub_vel;

可以拆成：

复制代码

rclcpp::Subscription<geometry_msgs::msg::Twist>

表示这是一个订阅 Twist 消息的订阅器。

复制代码

SharedPtr

表示智能指针类型。

复制代码

sub_vel

是订阅器对象名。

完整含义是：

定义一个订阅 geometry_msgs::msg::Twist 消息的订阅器，名字叫 sub_vel。

3.2 创建订阅器

使用 create_subscription 创建订阅器

创建订阅器一般这样写：

cpp 复制代码

sub_vel = this->create_subscription<geometry_msgs::msg::Twist>(
    "/cmd_vel",
    10,
    std::bind(&CmdVelSubscriber::cmd_vel_callback, this, std::placeholders::_1)
);

其中：

复制代码

geometry_msgs::msg::Twist

表示订阅的消息类型。

复制代码

"/cmd_vel"

表示订阅的话题名字。

复制代码

表示队列深度。

复制代码

std::bind(&CmdVelSubscriber::cmd_vel_callback, this, std::placeholders::_1)

表示收到消息后，执行 cmd_vel_callback 回调函数。

3.3 回调函数中接收消息

回调函数一般这样写：

cpp 复制代码

void cmd_vel_callback(const geometry_msgs::msg::Twist::SharedPtr msg)
{
    RCLCPP_INFO(
        this->get_logger(),
        "Received: linear.x = %.2f, angular.z = %.2f",
        msg->linear.x,
        msg->angular.z
    );
}

这里需要特别注意：

复制代码

msg

是一个指针，所以访问字段时使用：

复制代码

msg->linear.x
msg->angular.z

而不是：

复制代码

msg.linear.x
msg.angular.z

3.4 完整订阅器示例代码

订阅 /cmd_vel 并打印速度

下面代码订阅 /cmd_vel 话题，并打印收到的速度信息。

cpp 复制代码

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "geometry_msgs/msg/twist.hpp"

class CmdVelSubscriber : public rclcpp::Node
{
public:
    CmdVelSubscriber() : Node("cmd_vel_subscriber")
    {
        sub_vel = this->create_subscription<geometry_msgs::msg::Twist>(
            "/cmd_vel",
            10,
            std::bind(&CmdVelSubscriber::cmd_vel_callback, this, std::placeholders::_1)
        );
    }

private:
    void cmd_vel_callback(const geometry_msgs::msg::Twist::SharedPtr msg)
    {
        RCLCPP_INFO(
            this->get_logger(),
            "Received: linear.x = %.2f, angular.z = %.2f",
            msg->linear.x,
            msg->angular.z
        );
    }

private:
    rclcpp::Subscription<geometry_msgs::msg::Twist>::SharedPtr sub_vel;
};

int main(int argc, char * argv[])
{
    rclcpp::init(argc, argv);

    auto node = std::make_shared<CmdVelSubscriber>();

    rclcpp::spin(node);

    rclcpp::shutdown();

    return 0;
}

3.5 发布端和订阅端访问字段的区别

（1）发布端通常使用点号

发布端一般是普通对象：

复制代码

geometry_msgs::msg::Twist vel_cmd;

所以访问字段使用：

复制代码

vel_cmd.linear.x
vel_cmd.angular.z

（2）订阅端通常使用箭头

订阅端回调函数中收到的 msg 通常是智能指针：

复制代码

const geometry_msgs::msg::Twist::SharedPtr msg

所以访问字段使用：

复制代码

msg->linear.x
msg->angular.z

可以简单记成：

普通对象用 .

指针对象用 ->

对比如下：

场景	写法	说明
发布端消息对象	`vel_cmd.linear.x`	`vel_cmd` 是普通对象
订阅端消息指针	`msg->linear.x`	`msg` 是指针