1. 学习目标
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ROS2 系统是由哪些核心组件组成的？
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各个组件之间如何通信？
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ROS2 的运行结构是什么样的？
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一个机器人系统在 ROS2 中如何组织？
2. ROS2 系统总体结构
ROS2 的核心思想其实非常简单：
机器人系统 = 多个 Node 通过通信机制协作
整体结构如下：
+-------------------+
| Node |
| (Camera Node) |
+-------------------+
|
| Topic
v
+-------------------+
| Node |
| (SLAM Node) |
+-------------------+
|
| Topic
v
+-------------------+
| Node |
| (Navigation) |
+-------------------+
|
| Topic
v
+-------------------+
| Node |
| (Motor Node) |
+-------------------+
也就是说：
机器人系统不是一个程序，而是 多个程序组成的系统。
每个程序负责不同的功能。
例如：
机器人系统：
相机节点
激光雷达节点
IMU 节点
SLAM 节点
导航节点
电机控制节点
这些节点之间通过 ROS2 通信。
3. ROS2 的四个核心概念
ROS2 的核心概念只有四个：
Node
Topic
Servie
Action
3.1 Node（节点）
Node 就是 一个独立运行的程序模块。
例如：
camera_node
lidar_node
slam_node
navigation_node
motor_node
每个 Node 负责一个功能。
例如：
camera_node
负责读取摄像头数据
lidar_node
负责读取激光雷达
slam_node
负责建图
navigation_node
负责路径规划
motor_node
负责控制电机
所以 ROS2 的设计原则是：
一个 Node 只做一件事。
3.2 Topic （发布订阅）
Topic 是 ROS2 最常用的通信方式。
通信模型：
Publisher -> Topic -> Subscriber
示例：
激光雷达节点
|
| 发布数据
v
/scan
|
v
SLAM节点
结构图：
+-------------+
| lidar_node |
+-------------+
|
| publish
v
/scan topic
|
| subscribe
v
+-------------+
| slam_node |
+-------------+
特点：
一对多
异步通信
实时数据流
典型应用：
传感器数据
图像数据
里程计
状态数据
3.3 Service（服务通信）
Service 是 请求-响应通信。
通信模型：
Client → Request → Server
Client ← Response ← Server
示例：
导航节点 请求 地图服务
结构图：
Client
|
| Request
v
+--------+
| Server |
+--------+
^
|
Response
特点：
同步通信
一问一答
典型应用：
启动地图
获取机器人状态
设置参数
3.4 Action（任务通信）
Action 用于 长时间任务。
例如：
导航到目标点
机械臂抓取
自动泊车
因为这些任务：
需要时间
可以取消
需要反馈进度
Action 的通信结构：
Client → Goal
Server → Feedback
Server → Result
结构：
Client
|
| Goal
v
Action Server
|
| Feedback
v
Client
|
| Result
v
Client
4. ROS2 系统运行结构
在 ROS2 中，一个系统运行起来通常是这样：
Robot System
│
├── lidar_node
├── camera_node
├── imu_node
├── slam_node
├── navigation_node
└── motor_node
节点之间通信：
lidar_node → /scan
camera_node → /image
imu_node → /imu
slam_node → /map
navigation → /cmd_vel
motor_node → 控制电机
系统图：
lidar_node
|
| /scan
v
slam_node
|
| /map
v
navigation_node
|
| /cmd_vel
v
motor_node
5. ROS2 分布式系统
ROS2 的一个巨大优势是：
天然支持分布式系统。
节点可以运行在不同设备。
例如：
机器人系统
机器人本体
├── lidar_node
├── motor_node
└── imu_node
计算机
├── slam_node
├── navigation_node
└── visualization_node
通信通过网络完成。
Robot ←→ WiFi/Ethernet ←→ PC
ROS2 自动发现节点。
不需要配置 IP。
6. ROS2 与传统程序的区别
传统机器人程序：
main()
{
read_lidar();
read_camera();
slam();
navigation();
motor_control();
}
问题：
代码巨大
耦合严重
难维护
难扩展
ROS2 方案：
lidar_node
camera_node
slam_node
navigation_node
motor_node
优点：
模块化
可复用
易扩展
分布式
7. 总结
ROS2 的系统架构可以用一句话总结：
ROS2 = Node + 通信机制
通信机制包括：
Topic → 数据流
Service → 请求响应
Action → 长任务
系统结构：
多个 Node
通过 Topic/Service/Action 通信
组成机器人系统
记住这张核心图：
Node
|
| Topic
v
Node
|
| Service
v
Node
|
| Action
v
Node
8. Q&A
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什么是 ROS2 Node？
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Topic 和 Service 的区别是什么？
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Action 为什么存在？
-
ROS2 为什么适合机器人系统？