[ROS]（06）ROS通信 —— 话题（Topic）通信
文章只是个人学习过程中学习笔记，主要参考ROS教程1。
目录
- 1、概念
- 2、话题通信机制
- 3、话题命令rostopic
- 4、 话题通信实操 -- 键盘控制乌龟（turtlesim）运动
- 5、话题命令实操
- 5.1 rostopic list
- 5.2 rostopic type
- 5.3 rostopic echo
- 5.4 rostopic pub
- 5.5 rostopic hz
- 5.6 rostopic bw
- 5.7 rostopic info
- 5.8 rostopic find
1、概念
话题（Topics）：节点可以将消息发布到话题，或者通过订阅话题来接收消息。话题是用于标识消息内容的名称。对某种数据感兴趣的节点会订阅到相应的话题。单个话题可能有多个并行发布者（publishers）和订阅者（subscribers），并且单个节点可以同时发布和订阅多个话题，单个节点也可以发布或订阅（监听）多个话题。通常，发布者和订阅者不知道彼此的存在。它们之间是属于解耦合的关系。从逻辑上讲，可以将话题视为强类型的消息总线。每条总线都有一个名称，只要类型正确，任何人都可以连接到总线以发送或接收消息。
消息（Messages）：订阅或发布话题时所使用的ROS数据类型。消息是由类型化字段组成。支持标准原始类型（整数、浮点、布尔值等），以及原始类型数组。消息可以包括任意嵌套的结构和数组（很像C结构）。
图1-1 话题（Topics）、发布者（Publisher）和订阅者（Subscriber）的概念图
为了让事情更清楚，我将使用 FM收音机系统作为类比：广播电台（
node）的发射器（publisher）将以某个固定频率（topic）传输你喜欢的频道（message）。假设你坐在车里，想收听你最喜欢的频道（message）。你将收音机接收器（subscriber）调谐到该频率（topic）。你既不知道广播电台的确切位置，广播电台也不想知道你在哪里。但你仍然可以在你喜爱的频道中欣赏音乐。
2、话题通信机制
话题通信是ROS通信中最常用的一种基于发布和订阅模型的通信方式。用于实时性、周期性、少逻辑处理的数据传输场景。
ROS Node想要通过topic方式来传递消息，首先 publisher 节点和 Subscriber 节点都要到ROS Master（节点管理器）中进行注册节点名称、话题名称、消息类型、URI地址和端口，然后ROS Master向 Subcriber 节点发送 publisher 节点信息， Subscriber 节点根据接收的 publisher 节点信息，向 publisher 节点请求直接连接，它们建立连接后， publisher 节点向 Subscriber 节点发送消息。节点间通信使用一种基于TCP/IP的消息传输，称为TCPROS。
图2-1 话题（Topics）通信模型
3、话题命令rostopic
rostopic命令工具能让你获取ROS话题的信息。
| 命令 | 功能 |
|---|---|
rostopic bw
|
列出消息发布带宽 |
rostopic delay
|
display delay of topic from timestamp in header |
rostopic echo
|
显示某个话题上发布的数据 |
rostopic find
|
根据消息类型查找话题 |
rostopic hz
|
报告数据发布的速率 |
rostopic info
|
获取指定Topic 当前发布的消息 |
rostopic list
|
列出当前所有的Topic |
rostopic pub
|
把数据发布到当前某个正在广播的话题上 |
rostopic type
|
查看所有发布话题的消息类型 |
Tips：使用
rostopic <command> -h帮助选项获取更详细的用法。
4、 话题通信实操 – 键盘控制乌龟（turtlesim）运动
通过ROS内置的turtlesim来进行话题通信的实操，该实操中涉及到两个节点，一个是控制乌龟运动的键盘节点turtle_teleop_key，另外一个是显示乌龟运动的显示节点turtlesim_node，它们之间通过话题通信，turtle_teleop_key（publisher）在话题上发布键盘按下的消息，turtlesim_node（subscriber）则订阅该话题以接收消息，实现乌龟运动。我们可以使用rqt_graph GUI来显示当前运行的节点和话题。
图4-1 使用rqt_graph显示当前运行的节点和话题
实现的步骤如下：
步骤1：在新终端中启动roscore
roscore
步骤2：在新终端中启动turtlesim_node
rosrun turtlesim turtlesim_node
步骤3：在新终端中启动键盘turtle_teleop_key
rosrun turtlesim turtle_teleop_key
步骤4：在turtle_teleop_key终端中（一定要选中该终端窗口，确保按键输入能够被捕获），按下键盘上的方向键来控制乌龟运动。
图4-2 键盘控制乌龟（turtlesim）运动
5、话题命令实操
使用控制乌龟（turtlesim）运动案例来实操话题命令。
5.1 rostopic list
rostopic list 能够列出当前已被订阅和发布的所有话题。
# (1) 列出当前已被订阅和发布的所有话题。
rostopic list
# (2) 列出所有发布和订阅的主题及其类型的详细信息。
rostopic list -v
5.2 rostopic type
rostopic type [topic] 命令用来查看所发布话题的消息类型。
# (1) 查看所发布话题[/turtle1/cmd_vel]的消息类型。
rostopic type /turtle1/cmd_vel
# (2) 使用rosmsg查看消息的详细信息
rosmsg show geometry_msgs/Twist
5.3 rostopic echo
rostopic echo [topic] 可以显示在某个话题上发布的数据。
rostopic echo /turtle1/cmd_vel
当输入命令后，你可能会看到什么都没发生，因为现在还没有数据被发布到该话题上。可以通过按下键盘方向键让turtle_teleop_key节点发布数据。记得如果不能控制乌龟，请选中turtle_teleop_key的终端窗口以确保按键输入能够被捕获。当按下向右和向上键时，应该看到以下内容：
现在让我们再看一下rqt_graph。先按下左上角的刷新按钮以显示新节点。正如你所看到的，rostopic echo（这里以红色显示）现在也订阅了turtle1/cmd_vel话题。
5.4 rostopic pub
rostopic pub [topic] [msg_type] [args] 命令可以把数据发布到当前某个正在广播的话题上。
# 命令会发送一条消息给turtlesim，告诉它以2.0大小的线速度和1.8大小的角速度移动。
rostopic pub -1 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist -- '[2.0, 0.0, 0.0]' '[0.0, 0.0, 1.8]'
-1：这一选项会让rostopic只发布一条消息，然后退出。/turtle1/cmd_vel：这是要发布到的话题的名称geometry_msgs/Twist：这是发布到话题时要使用的消息的类型。--：这一选项（两个破折号）用来告诉选项解析器，表明之后的参数都不是选项。如果参数前有破折号（-）比如负数，那么这是必需的。
还有一种快速输入的方法：先输入以下命令，然后双击Tab键，最后使用<-和->键修改
linear和angular。rostopic pub -1 /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist
下面我们用 rostopic pub -r 命令来发布源源不断的命令：
# 命令以1Hz的频率发送消息给turtlesim，保证乌龟持续做圆周运动
rostopic pub /turtle1/cmd_vel geometry_msgs/Twist -r 1 -- '[2.0, 0.0, 0.0]' '[0.0, 0.0, -1.8]'
5.5 rostopic hz
rostopic hz [topic] 命令用来报告数据发布的速率。
rostopic hz /turtle1/cmd_vel
5.6 rostopic bw
rostopic bw [topic] 显示指定话题的消息数据带宽（bandwidth）。
rostopic bw /turtle1/cmd_vel
5.7 rostopic info
rostopic info [topic] 获取指定Topic 当前发布的消息 。
5.8 rostopic find
rostopic find [msg_type] 根据消息类型查找话题。
rostopic find geometry_msgs/Twist
ROS.otg. ROS教程[EB/OL]. 2020-12-22[2022-7-5].
http://wiki.ros.org/cn/ROS/Tutorials. ↩︎
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