ROS2 核心概念：节点、话题、服务、动作、参数与图

ROS2 的软件架构建立在一组清晰的核心抽象之上。如果把机器人系统比作一个团队，节点就是每个成员，话题是公开的白板，服务是点对点的问答，动作是长期任务的下达与反馈，参数则是成员的可调配置。理解这些概念之间的区别与协作方式，是掌握 ROS2 开发的第一步。

核心原理：六类基本概念

方法流程：节点间通信的三种模式

在 ROS2 中，节点之间的交互方式决定了系统的实时性、可靠性和复杂度。选择正确的通信模式是架构设计的关键。

1. 话题通信（异步、持续）：发布者将消息放入 DDS 中间件，订阅者异步接收。适用于高频数据流，如激光雷达扫描、摄像头图像、IMU 数据。多个订阅者可以同时接收同一话题，实现一对多解耦。
2. 服务通信（同步、一次性）：客户端发送请求后阻塞等待服务端响应。适用于低频、需要确认结果的交互，如“打开机械臂夹爪”“查询当前地图”。服务不适合高频调用，因为同步等待会阻塞调用方。
3. 动作通信（长时、可反馈）：动作客户端发送目标，服务端返回“已接收”后开始执行，期间持续发送反馈（如进度百分比），最终返回结果。动作支持取消和抢占（新目标替换旧目标），适合导航、机械臂规划等耗时操作。

案例场景：机器人导航中的概念协作

以移动机器人执行“从 A 点导航到 B 点”为例，观察各概念如何协同工作：

• 传感器节点（/lidar_driver）通过话题 /scan 持续发布激光数据。
• 定位节点（/amcl）订阅 /scan 和 /odom，通过话题 /amcl_pose 发布机器人当前位姿。
• 导航节点（/nav2_controller）订阅 /amcl_pose 和 /map，计算路径后通过话题 /cmd_vel 发布速度指令。
• 底盘驱动节点（/motor_controller）订阅 /cmd_vel，将速度指令转换为电机 PWM 信号。
• 用户通过动作客户端向导航节点发送 /navigate_to_pose 目标，导航节点反馈“已到达 50%”等进度。
• 若需要临时打开机器人上的指示灯，用户调用服务 /set_led_state，同步等待“成功/失败”响应。
• 所有节点的 PID 参数、最大速度等通过参数动态调整，无需重新编译。

# 查看当前图结构
ros2 node list
ros2 topic list
ros2 service list
ros2 action list

# 查看话题数据流
ros2 topic echo /scan --once

# 调用服务
ros2 service call /set_led_state std_srvs/srv/SetBool "{data: true}"

# 发送动作目标
ros2 action send_goal /navigate_to_pose nav2_msgs/action/NavigateToPose "{pose: {pose: {position: {x: 2.0, y: 1.0}}}}"

误区与复盘：常见理解偏差