3. ROS2 核心概念：Node、Topic、Service、Action、Parameter

好，咱们进入正题。ROS2 的五个核心概念——Node、Topic、Service、Action、Parameter——说白了就是机器人系统里最基础的通信和配置手段。你想想看，一个机器人要动起来，传感器要发数据，电机要收指令，这些部件之间怎么说话？就是靠这五样东西。

我刚开始接触 ROS 的时候，觉得概念太多，容易混。后来带项目多了，发现其实就一句话：Node 是执行单元，Topic 是广播通道，Service 是同步请求，Action 是异步任务，Parameter 是静态配置。下面我一个一个拆开讲。

核心一句话：ROS2 的通信模型，本质上就是「谁（Node）通过什么方式（Topic/Service/Action）传递什么数据（Message）」。Parameter 是例外，它不负责通信，只负责配置。

3.1 Node（节点）—— 一切功能的执行单元

Node 是 ROS2 系统里最小的独立功能单元。每个 Node 负责一件事，比如读取激光雷达、控制电机、处理图像。我习惯把 Node 比作「工人」——每个工人只干自己的活，大家通过通信机制协作。

创建 Node 很简单，Python 里继承 rclpy.node.Node 就行：

import rclpy
from rclpy.node import Node

class MyRobotNode(Node):
    def __init__(self):
        super().__init__('my_robot_node')
        self.get_logger().info('节点已启动！')

def main(args=None):
    rclpy.init(args=args)
    node = MyRobotNode()
    rclpy.spin(node)
    node.destroy_node()
    rclpy.shutdown()

个人经验：我建议每个 Node 只做一件事。比如「底盘控制」和「激光雷达处理」拆成两个 Node，而不是揉在一起。这样调试时，哪个 Node 崩了，系统其他部分还能跑。我在项目里见过一个 Node 写了两千行，最后谁都不敢动——千万别这么干。

3.2 Topic（话题）—— 一对多的广播通道

Topic 是 ROS2 里最常用的通信方式。发布者（Publisher）往 Topic 里发数据，订阅者（Subscriber）接收数据。一个 Topic 可以有多个发布者和多个订阅者，典型的「广播模式」。

举个例子，激光雷达节点发布 /scan 话题，导航节点订阅它。中间谁发谁收，互不关心。

# 发布者
self.publisher_ = self.create_publisher(String, 'chatter', 10)

# 订阅者
self.subscription = self.create_subscription(
    String, 'chatter', self.listener_callback, 10)

避坑指南：我曾经在项目里把 Topic 的 QoS 设置错了，导致订阅者收不到数据。ROS2 的 QoS 策略（Reliability、Durability 等）必须匹配，否则通信会静默失败。默认的 qos_profile_default 够用，但如果你用 SensorDataQoS，记得两边保持一致。

3.3 Service（服务）—— 同步的请求-响应

Topic 是单向广播，Service 是双向同步。客户端发请求，服务端处理完返回响应。适合「问一句，答一句」的场景，比如「给我当前坐标」或「切换导航模式」。

Service 的定义用 .srv 文件，包含请求和响应两部分：

# AddTwoInts.srv
int64 a
int64 b
---
int64 sum

服务端实现：

def add_two_ints_callback(self, request, response):
    response.sum = request.a + request.b
    return response

self.srv = self.create_service(AddTwoInts, 'add_two_ints', add_two_ints_callback)

注意：Service 是同步阻塞的。如果服务端处理时间太长，客户端会一直等。我建议 Service 只用于耗时小于 100ms 的操作。超过这个时间，请用 Action。

3.4 Action（动作）—— 异步的长任务

Action 是 ROS2 里处理「长时间任务」的方案。比如让机器人走到某个点，这个过程可能持续几秒甚至几分钟。Action 有三个阶段：

Goal：客户端发送目标
Feedback：服务端持续反馈进度
Result：任务完成，返回最终结果

Action 的定义用 .action 文件：

# NavigateToPose.action
# Goal
geometry_msgs/PoseStamped target_pose
---
# Result
bool success
string message
---
# Feedback
float32 progress_percentage

我记得第一次用 Action 时，觉得它比 Service 复杂。但后来做导航项目，发现没有 Feedback 根本没法调试——你总得知道机器人走到哪了吧？

我的习惯：只要任务可能超过 1 秒，我就用 Action。哪怕只是「打开机械爪」这种简单动作，用 Action 也能在卡住时通过 cancel 机制中断。Service 一旦卡住，整个节点就挂了。

3.5 Parameter（参数）—— 运行时的配置开关

Parameter 不是通信机制，而是配置机制。每个 Node 可以有一组参数，比如 PID 系数、传感器频率、机器人名字。参数可以在启动时设置，也可以在运行时动态修改。

# 声明参数
self.declare_parameter('robot_name', 'turtlebot')
self.declare_parameter('max_speed', 0.5)

# 获取参数
robot_name = self.get_parameter('robot_name').value
max_speed = self.get_parameter('max_speed').value

启动时传参：

ros2 run my_package my_node --ros-args -p robot_name:=my_robot -p max_speed:=1.0

避坑指南：我曾经在参数里写了一个字符串，结果因为编码问题导致节点崩溃。ROS2 的参数类型是强类型的，int、double、string、bool、array 都支持，但别混用。另外，动态修改参数时记得加回调函数，否则改了等于没改。

3.6 五个概念的对比

最后，我用一张表帮你理清这五个概念的区别。这张表我每次培训都会用，你直接拿去用就行。

概念	通信模式	是否同步	典型场景	数据流向
Node	无（执行单元）	—	功能模块	—
Topic	发布/订阅	异步	传感器数据、状态广播	单向
Service	请求/响应	同步	查询状态、触发短操作	双向
Action	目标/反馈/结果	异步	导航、机械臂运动	双向+进度
Parameter	配置读写	同步	参数调优、系统配置	节点内部

嗯，到这里五个核心概念就讲完了。你想想看，其实 ROS2 的通信模型并不复杂——Topic 用来发高频数据，Service 用来做短查询，Action 用来跑长任务，Parameter 用来调配置。Node 就是装这些东西的容器。

📚 课程目录

3. ROS2 核心概念：Node、Topic、Service、Action、Parameter

3.1 Node（节点）—— 一切功能的执行单元

3.2 Topic（话题）—— 一对多的广播通道

3.3 Service（服务）—— 同步的请求-响应

3.4 Action（动作）—— 异步的长任务

3.5 Parameter（参数）—— 运行时的配置开关

3.6 五个概念的对比