什么是ROS2中的——topics

喜洋洋0037
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目标：使用rqt_graph和命令行工具来探究 ROS2 topics。

1、背景

ROS2将复杂的系统分解为许多模块化nodes。Topics是ROS graph 的重要组成部分，充当nodes交换消息的总线。

Topic-SinglePublisherandSingleSubscriber

Topic-SinglePublisherandSingleSubscriber.gif

一个节点可以将数据发布到任意数量的主题，同时订阅任意数量的主题。

Topic-MultiplePublisherandMultipleSubscriber

Topic-MultiplePublisherandMultipleSubscriber.gif

主题是数据在节点之间移动的主要方式之一，因此也是在系统的不同部分之间移动的主要方式之一。

2、 探究ROS2中Topics

2.1 设置

启动 turtlesim，打开一个新终端并运行：

ros2 run turtlesim turtlesim_node

打开另一个新终端并运行：

ros2 run turtlesim turtle_teleop_key

默认情况下，这些节点的名称是 /turtlesim 和 /teleop_turtle。

2.2 rqt_graph

使用rqt_graph来可视化不断变化的节点和主题，以及它们之间的联系。

在开始学习使用 turtlesim, ros2, and rqt 了解了rqt_graph和rqt的相关使用。

要运行rqt_graph，打开一个新终端并输入以下命令：

rqt_graph

还可以通过打开 rqt 并选择Plugins > Introspection > Node Graph.

image.png

看到上述节点和主题，以及围绕图形外围的两个操作,该图描述了 /turtlesim nodes和 /teleop_turtle nodes如何通过主题相互通信。/teleop_turtle 节点将数据（输入的用于移动 turtle 的击键）发布到 /turtle1/cmd_vel Topics，/turtlesim 节点订阅该主题以接收数据。

在检查具有许多节点和主题以多种不同方式连接的更复杂的系统时，rqt_graph 的突出显示功能非常有用。

rqt_graph是一个图形辅助工具。现在，我们将研究一些用于辅助Topics的命令行工具。

2.3 ros2 topic list

在新终端中运行ros2 topic list命令将返回系统中当前处于活动状态的所有主题的列表：

/parameter_events
/rosout
/turtle1/cmd_vel
/turtle1/color_sensor
/turtle1/pose

ros2 topic list -t 将返回相同的主题列表，这次主题类型附加在括号中：

/parameter_events [rcl_interfaces/msg/ParameterEvent]
/rosout [rcl_interfaces/msg/Log]
/turtle1/cmd_vel [geometry_msgs/msg/Twist]
/turtle1/color_sensor [turtlesim/msg/Color]
/turtle1/pose [turtlesim/msg/Pose]

image.png

这些属性，尤其是类型，是节点在主题上移动时知道它们在谈论相同信息的方式。

如果想知道所有这些主题在rqt_graph的位置，可以取消选中隐藏下的所有框：

image.png

2.4 ros2 topic echo

要查看有关某个主题的数据，请使用：

ros2 topic echo <topic_name>

既然知道 /teleop_turtle 通过 /turtle1/cmd_vel 主题将数据发布到 /turtlesim，使用echo来自检该主题：

ros2 topic echo /turtle1/cmd_vel

开始，此命令不会返回任何数据。那是因为它正在等待 /teleop_turtle 发布某些内容。 返回正在运行turtle_teleop_key的终端，并使用箭头移动。观察同时运行回声的终端，将看到您所做的每个动作的位置数据正在发布：

image.png

现在返回到rqt_graph并取消选中“Debug”框。

image.png

/_ros2cli_10753 是刚刚运行的 echo 命令创建的节点（数字可能不同）。现在，可以看到发布者正在通过cmd_vel主题发布数据，并且订阅了两个订阅者。

2.5 ros2 topic info

主题不必只是一对一的交流;它们可以是一对多、多对一或多对多。

另一种看待这种情况的方法是运行：

ros2 topic info /turtle1/cmd_vel

这将返回：

Type: geometry_msgs/msg/Twist
Publisher count: 1
Subscription count: 2

2.6 ROS2接口展示

节点使用消息通过主题发送数据。发布者和订阅者必须发送和接收相同类型的消息才能进行通信。

之前在运行 ros2 topic list -t 后看到的主题类型让我们知道每个主题使用的消息类型。回想一下，cmd_vel主题具有以下类型：

/parameter_events [rcl_interfaces/msg/ParameterEvent]
/rosout [rcl_interfaces/msg/Log]
/turtle1/cmd_vel [geometry_msgs/msg/Twist]
/turtle1/color_sensor [turtlesim/msg/Color]
/turtle1/pose [turtlesim/msg/Pose]

这意味着在包geometry_msgs中有一个名为 Twist 的msg。

现在我们可以在这个类型上运行 ros2 界面显示来了解它的细节。具体来说，消息所需的数据结构。

# This expresses velocity in free space broken into its linear and angular parts.

Vector3  linear
	float64 x
	float64 y
	float64 z
Vector3  angular
	float64 x
	float64 y
	float64 z

image.png

这告诉您 /turtlesim 节点需要一条消息，其中包含两个向量，linear and angular，每个向量三个元素。这与 /teleop_turtle 使用 echo 命令传递给 /turtlesim 的数据，它的结构相同：

linear:
  x: 2.0
  y: 0.0
  z: 0.0
angular:
  x: 0.0
  y: 0.0
  z: 0.0
---

2.7 ros2 topic pub

现在已经有了消息结构，可以使用以下语法：

ros2 topic pub <topic_name> <msg_type> '<args>'

参数 <args> 是将传递给主题的实际数据，采用在上一节中刚刚发现的结构。

请务必注意，此参数需要在 YAML 语法中输入。输入完整的命令，如下所示：

ros2 topic pub --once /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 2.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z: 1.8}}"

--once 是一个可选参数，意思是“发布一条消息然后退出”。

将在终端中看到以下输出：

publisher: beginning loop
publishing #1: geometry_msgs.msg.Twist(linear=geometry_msgs.msg.Vector3(x=2.0, y=0.0, z=0.0), angular=geometry_msgs.msg.Vector3(x=0.0, y=0.0, z=1.8))

image.png

\（通常是它要模拟的真实机器人）需要稳定的命令流才能连续运行。所以，要让继续移动，可以run命令：

 ros2 topic pub --rate 1 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/msg/Twist "{linear: {x: 2.0, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0, y: 0.0, z: 1.8}}"

image.png 这里的区别在于删除了 --once 选项并添加了 --rate 1 选项，它告诉 ros2 topic pub 以 1 Hz 的稳定流发布命令。

您可以刷新rqt_graph以图形方式查看正在发生的事情。你会看到 ros2 主题酒吧...节点 （/_ros2cli_11560） 正在 /turtle1/cmd_vel 主题上发布，该主题被 ros2 主题 echo 接收......节点 （/_ros2cli_11401） 和 /turtlesim 节点。

image.png

最后，您可以在pose topic 上运行 echo 并重新检查rqt_graph：

image.png 可以看到 /turtlesim 节点也正在发布到新的 echo 节点订阅的pose topic。

2.8 ros2 topic hz

对于此过程的最后一次反省，您可以使用以下方法查看数据的发布速率：

ros2 topic hz /turtle1/pose

average rate: 62.507
	min: 0.015s max: 0.017s std dev: 0.00051s window: 64
average rate: 62.517

回想一下，将 turtle1/cmd_vel 的速率设置为 1 Hz 的稳定发布，使用 ros2 主题 pub --rate 1。如果使用 turtle1/cmd_vel 而不是 turtle1/pose 运行上述命令，您将看到反映该速率的平均值

3 总结

节点通过主题发布信息，这允许任意数量的其他节点订阅和访问该信息。使用rqt_graph和命令行工具检查了主题上的多个节点之间的连接。现在应该对数据如何在 ROS2系统中移动有一个很好的了解。

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