ROS学习笔记6-理解主题

本文来源于：http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials/UnderstandingTopics

1. ROS主题
   假设turtlesim节点已经运行，打开一个新终端，使用如下命令运行键盘控制节点
   

   $ rosrun turtlesim turtle_teleop_key
   

   则终端会弹出来如下窗口：
   

    表示从键盘读取输入来控制小海龟移动。
   将焦点选中到该窗口，即可使用键盘上的方向键来移动小 海龟。
   

    下来我们来分析一下在这背后，发生了什么。

2. 理解ROS主题（Topic）
   上面有两个节点：turtlesim和turtle_teleop_key，他们通过ROS主题来进行通信。其中，turtle_teleop_key将键盘点击信息发布到消息中，turtlesim节点通过订阅该主题来接收键盘点击信息。
   
   1. 　使用rqt_graph
      ROS提供了可视化工具，rqt_graph来查看ROS系统中运行了什么东西。该工具属于rqt_graph包，我们可以通过如下命令安装该包。
      

      $ sudo apt-get install ros-<distro>-rqt
      $ sudo apt-get install ros-<distro>-rqt-common-plugins
      

      其中，distro为ROS发行版本，本教程中使用kinetic版本。
      然后在新终端中运行：

      $ rosrun rqt_graph rqt_graph
      

       则会出现如下界面：
      

       如果将鼠标放在/turtle1/cmd_vel上，则界面中两个椭圆会颜色会发生如下变化：

      

       其中，变为红色的主题（Topics），蓝色和绿色的为节点（Nodes），其中蓝色为该主题的发布节点，绿色为该主题的订阅节点。
      
      

   2. rostopic
      ROS提供了rostopic命令来查看主题相关的信息。
      rostopic有一些子命令，可以使用rostopic -h查看，如下所示：
      

   3.  rostopic echo
      其中，rostopic echo命令可以打印主题消息。语法如下：

      rostopic echo [topic]
      

      例如我们之前用rqt_graph查看到一个主题：/turtle1/cmd_vel，我们可以用如下命令来查看该中主题中的消息：
      

       如上图所示，运行了

      rostopic echo /turtle1/cmd_vel
      

       之后，将焦点中选中到键盘节点的窗口，点击方向键，则可以打印出该主题的消息内容。
      现在如果再运行rqt_graph，则显示如下：
      

       可以看出来多了一个节点来订阅/turtle1/cmd_vel主题，该节点即为rostopic echo节点。
      
      

   4. rostopic list
      rostopic list命令可以列出当前订阅或发布的主题，用法如下：
      

      若使用-v选项，则会列出来当前订阅和发布主题的完整信息。
      

   5. rostopic type
      节点之前通过订阅和发布主题来进行通信，而发送和接收的数据需要是同一类型的消息，通信的内容形式即为消息（Message）。
      这些消息的类型可以通过rostopic type命令查看，该命令用法为：
      

      rostopic type [topic]
      

      例如，我们可以查看/turtle1/cmd_vel中的消息类型：
      

      该主题的消息类型为：geometry_msgs/Twist。
      可以使用如下命令查看该消息类型的数据成员：

      spy@spy-pc:~$ rosmsg show geometry_msgs/Twist
      geometry_msgs/Vector3 linear
        float64 x
        float64 y
        float64 z
      geometry_msgs/Vector3 angular
        float64 x
        float64 y
        float64 z
      

       可以看出来该消息类型包含两个向量Vector3类型的结构体，分别表示速度和角速度。
      
      

   6. rostopic pub
      rostopic pub命令可以直接发布ros主题的消息。该命令用法如下：
      

      rostopic pub [topic] [msg_type] [args]
      

      例如：

      rostopic pub -1 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist -- '[2.0, 0.0, 0.0]' '[0.0, 0.0, 1.8]'
      

       该命令表示发布类型为geometry_msgs/Twist的消息到/turtle1/cmd_vel主题，该消息参数为：'[2.0, 0.0, 0.0]' '[0.0, 0.0, 1.8]'表示速度为向前2.0，角速度为1.8，-1表示只发布一次消息。
      这组参数使用的是YAML语法，关于该语法的更多信息请参考YAML command line documentation.

      两个短杠--表示，后面的均是参数，不是选项，以防止解析器解析错误，例如含有符号的参数，如不加区分，解析器可能会按照选项来解析。
      在该命令下，小乌龟移动界面如下图所示：
      

       可以看出，小乌龟大约 移动了1/4段圆弧。

      为了使小乌龟持续移动，我们需要持续发布该消息，需要加入持续发布消息的频率参数，该参数可以使用-r选项指定，例如使用如下语句：
      

      rostopic pub /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist -r 1 -- '[2.0, 0.0, 0.0]' '[0.0, 0.0, -1.8]'
      

      就可以让乌龟持续转圈：
      

       再使用rqt_graph查看主题：

      

       可以看出来多了一个节点来发布/turtle1/cmd_vel主题到/turtlesim节点的。

   7. 消息数据的可视化
      1. 　rostopic hz
         rostopic hz命令可以查看一个主题的发布频率，例如：
         

         rostopic hz /turtle1/pose
         subscribed to [/turtle1/pose]
         average rate: 62.485
         	min: 0.004s max: 0.028s std dev: 0.00250s window: 63
         average rate: 62.495
         	min: 0.004s max: 0.028s std dev: 0.00180s window: 125
         average rate: 62.489
         	min: 0.004s max: 0.028s std dev: 0.00149s window: 188
         average rate: 62.495
         	min: 0.002s max: 0.029s std dev: 0.00181s window: 250
         average rate: 62.500
         	min: 0.002s max: 0.029s std dev: 0.00175s window: 313
         average rate: 62.501
         	min: 0.002s max: 0.029s std dev: 0.00190s window: 375
         average rate: 62.501
         	min: 0.002s max: 0.029s std dev: 0.00176s window: 438
         average rate: 62.501
         	min: 0.002s max: 0.029s std dev: 0.00166s window: 501
         average rate: 62.501
         	min: 0.002s max: 0.029s std dev: 0.00165s window: 563
         average rate: 62.502
         	min: 0.002s max: 0.029s std dev: 0.00175s window: 626
         average rate: 62.498
         	min: 0.002s max: 0.029s std dev: 0.00178s window: 688
         average rate: 62.501
         	min: 0.002s max: 0.029s std dev: 0.00171s window: 751
         average rate: 62.498
         	min: 0.002s max: 0.029s std dev: 0.00165s window: 813
         average rate: 62.501
         	min: 0.002s max: 0.029s std dev: 0.00159s window: 876
         average rate: 62.500
         	min: 0.002s max: 0.029s std dev: 0.00158s window: 938
         average rate: 62.499
         	min: 0.002s max: 0.029s std dev: 0.00153s window: 1001
         average rate: 62.499
         	min: 0.002s max: 0.029s std dev: 0.00149s window: 1064
         average rate: 62.500
         	min: 0.002s max: 0.029s std dev: 0.00147s window: 1126
         average rate: 62.499
         	min: 0.001s max: 0.032s std dev: 0.00161s window: 1189
         average rate: 62.499
         	min: 0.001s max: 0.032s std dev: 0.00162s window: 1251
         average rate: 62.499
         	min: 0.001s max: 0.032s std dev: 0.00159s window: 1314
         average rate: 62.501
         	min: 0.001s max: 0.032s std dev: 0.00155s window: 1376
         average rate: 62.500
         	min: 0.001s max: 0.032s std dev: 0.00152s window: 1439
         average rate: 62.500
         	min: 0.001s max: 0.032s std dev: 0.00149s window: 1501
         average rate: 62.500
         	min: 0.001s max: 0.032s std dev: 0.00147s window: 1564
         average rate: 62.500
         	min: 0.001s max: 0.032s std dev: 0.00145s window: 1627
         average rate: 62.499
         	min: 0.001s max: 0.032s std dev: 0.00142s window: 1689
         average rate: 62.500
         	min: 0.001s max: 0.032s std dev: 0.00140s window: 1752
         average rate: 62.444
         	min: 0.001s max: 0.041s std dev: 0.00155s window: 1813
         

         可以看出，turtlesim节点发布的/turtle1/pose主题频率约为62Hz，并且给出了统计特性，最大值，最小值和方差。

      2. rqt_plot
         该命令会把消息数据绘图：
         

         rosrun rqt_plot rqt_plot
         

          会弹出rqt_plot的界面，然后在界面中Topic后面的文本框中输入主题名，例如输入：/turtle1/pose然后就会显示/turtle1/pose主题中的消息数据曲线。