理解话题 (Understanding topics)¶
目标：使用 rqt_graph 和命令行工具来内省（introspect）ROS 2 话题。
教程级别：初学者
时间：20 分钟
目录
- 背景
- 先决条件
- 任务
- 1 设置
- 2 rqt_graph
- 3 ros2 topic list
- 4 ros2 topic echo
- 5 ros2 topic info
- 6 ros2 interface show
- 7 ros2 topic pub
- 8 ros2 topic hz
- 9 ros2 topic bw
- 10 ros2 topic find
- 11 清理
- 总结
- 下一步
背景¶
ROS 2 将复杂的系统分解为许多模块化的节点 (nodes)。话题 (Topics) 是 ROS 图 (ROS graph) 中至关重要的元素，充当节点交换消息的总线。
一个节点可以将数据发布 (publish) 到任意数量的话题，同时也可以订阅 (subscribe) 任意数量的话题。
话题是数据在节点之间传输（因此也是在系统不同部分之间传输）的主要方式之一。
先决条件¶
上一篇教程提供了关于节点的有用背景信息，本教程将以此为基础。
一如既往，不要忘记在打开的每个新终端中 source ROS 2。
任务¶
1 设置¶
到目前为止，您应该能够熟练启动 turtlesim 了。
打开一个新终端并运行：
打开另一个终端并运行：
回顾上一篇教程，这些节点的名称默认分别为 /turtlesim 和 /teleop_turtle。
2 rqt_graph¶
在本教程中，我们将使用 rqt_graph 来可视化节点和话题的变化，以及它们之间的连接。
turtlesim 教程 告诉您如何安装 rqt 及其所有插件，包括 rqt_graph。
要运行 rqt_graph，请打开一个新终端并输入命令：
您也可以通过打开 rqt 并选择 Plugins > Introspection > Node Graph 来打开 rqt_graph。
您应该能看到上述节点和话题，以及图周围的两个动作（我们暂时忽略这些）。如果您将鼠标悬停在中心的话题上，您将看到如上图所示的颜色高亮显示。
该图描绘了 /turtlesim 节点和 /teleop_turtle 节点如何通过话题相互通信。/teleop_turtle 节点正在将数据（您输入的用于移动海龟的按键）发布到 /turtle1/cmd_vel 话题，而 /turtlesim 节点订阅了该话题以接收数据。
在检查具有许多节点和以多种不同方式连接的话题的更复杂系统时，rqt_graph 的高亮显示功能非常有帮助。
rqt_graph 是一个图形化的内省工具。现在我们将通过一些命令行工具来查看话题。
3 ros2 topic list¶
在一个新终端中运行 ros2 topic list 命令将返回系统中当前活动的所有话题的列表：
ros2 topic list -t 将返回相同的话题列表，这次在括号中附加了话题类型：
/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]
这些属性，特别是类型，是节点知道它们在话题上传输的是相同信息的方式。
如果您想知道这些话题在 rqt_graph 中的位置，您可以取消选中 Hide: 下的所有框：
不过现在，请保持选中这些选项以避免混淆。
4 ros2 topic echo¶
要查看发布在话题上的数据，请使用：
既然我们知道 /teleop_turtle 通过 /turtle1/cmd_vel 话题向 /turtlesim 发布数据，让我们使用 echo 来查看该话题：
起初，此命令不会返回任何数据。那是因为它正在等待 /teleop_turtle 发布内容。
回到运行 turtle_teleop_key 的终端，使用箭头键移动海龟。同时观察运行 echo 的终端，您将看到为您所做的每一个动作发布的位置数据：
现在回到 rqt_graph 并取消选中 Debug 框。
/_ros2cli_26646 是我们刚刚运行的 echo 命令创建的节点（数字可能不同）。现在您可以看到发布者正在通过 cmd_vel 话题发布数据，并且有两个订阅者订阅了它。
5 ros2 topic info¶
话题不一定只是一对一的通信；它们可以是一对多、多对一或多对多的。
查看此情况的另一种方法是运行：
5.1 ros2 topic info --verbose¶
要获取有关话题的更详细信息，可以使用 --verbose（或 -v）标志：
这将返回更多详细信息，包括：
- 发布者和订阅者的节点名称及命名空间
- 话题类型
- QoS 配置文件
Type: geometry_msgs/msg/Twist
Publisher count: 1
Node name: teleop_turtle
Node namespace: /
Topic type: geometry_msgs/msg/Twist
Topic type hash: RIHS01_9c45bf16fe0983d80e3cfe750d6835843d265a9a6c46bd2e609fcddde6fb8d2a
Endpoint type: PUBLISHER
GID: 24.ba.3e.e7.c1.51.bb.46.21.41.de.36.1b.14.73.5e
QoS profile:
Reliability: RELIABLE
History (Depth): KEEP_LAST (7)
Durability: VOLATILE
Lifespan: Infinite
Deadline: Infinite
Liveliness: AUTOMATIC
Liveliness lease duration: Infinite
Subscription count: 2
Node name: _ros2cli_300492
Node namespace: /
Topic type: geometry_msgs/msg/Twist
Topic type hash: RIHS01_9c45bf16fe0983d80e3cfe750d6835843d265a9a6c46bd2e609fcddde6fb8d2a
Endpoint type: SUBSCRIPTION
GID: cc.4d.98.79.29.91.fe.25.8a.0a.c9.03.db.1a.ec.81
QoS profile:
Reliability: RELIABLE
History (Depth): KEEP_LAST (5)
Durability: VOLATILE
Lifespan: Infinite
Deadline: Infinite
Liveliness: AUTOMATIC
Liveliness lease duration: Infinite
Node name: turtlesim
Node namespace: /
Topic type: geometry_msgs/msg/Twist
Topic type hash: RIHS01_9c45bf16fe0983d80e3cfe750d6835843d265a9a6c46bd2e609fcddde6fb8d2a
Endpoint type: SUBSCRIPTION
GID: 9c.33.59.38.b2.f2.42.47.69.1b.7f.0e.5e.1d.86.f5
QoS profile:
Reliability: RELIABLE
History (Depth): KEEP_LAST (7)
Durability: VOLATILE
Lifespan: Infinite
Deadline: Infinite
Liveliness: AUTOMATIC
Liveliness lease duration: Infinite
6 ros2 interface show¶
节点使用消息在话题上发送数据。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。
我们在前面运行 ros2 topic list -t 后看到的话题类型让我们知道每个话题使用了什么消息类型。回想一下 cmd_vel 话题的类型是：
这意味着在 geometry_msgs 包中有一个名为 Twist 的消息 (msg)。
现在我们可以对此类型运行 ros2 interface show <msg_type> 来了解其详细信息。具体来说，就是消息期望的数据结构。
这将返回：
# 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
这告诉您 /turtlesim 节点期望一条包含两个向量（linear 和 angular）的消息，每个向量包含三个元素。如果您回想一下我们使用 echo 命令看到的 /teleop_turtle 传递给 /turtlesim 的数据，它具有相同的结构：
7 ros2 topic pub¶
既然您已经掌握了消息结构，就可以使用以下命令直接从命令行将数据发布到话题：
'<args>' 参数是您将传递给话题的实际数据，其结构正是您在上一节中发现的。
海龟（以及它所模拟的真实机器人）通常需要连续的命令流才能持续运行。因此，要让海龟移动并保持移动，您可以使用以下命令。需要注意的是，此参数需要以 YAML 语法输入。输入完整的命令如下：
ros2 topic pub /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}}"
在没有命令行选项的情况下，ros2 topic pub 会以 1 Hz 的频率持续发布命令流。
有时您可能希望仅将数据发布到话题一次（而不是持续发布）。要仅发布一次命令，请添加 --once 选项。
ros2 topic pub --once -w 2 /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”。-w 2是一个可选参数，意思是“等待两个匹配的订阅”。这是必需的，因为我们有 turtlesim 和 topic echo 两个订阅者。
您将在终端中看到以下输出：
Waiting for at least 2 matching subscription(s)...
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))
并且您将看到您的海龟像这样移动：
您可以刷新 rqt_graph 以图形方式查看正在发生的事情。您将看到 ros2 topic pub ... 节点 (/_ros2cli_30358) 正在通过 /turtle1/cmd_vel 话题发布，该话题现在正被 ros2 topic echo ... 节点 (/_ros2cli_26646) 和 /turtlesim 节点接收。
最后，您可以在 pose 话题上运行 echo 并重新检查 rqt_graph：
您可以看到 /turtlesim 节点也在向 pose 话题发布，新的 echo 节点已订阅该话题。
当发布带有时间戳的消息时，pub 有两种方法可以用当前时间自动填充它们。对于带有 std_msgs/msg/Header 的消息，可以将 header 字段设置为 auto 以填充 stamp 字段。
ros2 topic pub /pose geometry_msgs/msg/PoseStamped '{header: "auto", pose: {position: {x: 1.0, y: 2.0, z: 3.0}}}'
如果消息不使用完整的 header，而只是具有类型为 builtin_interfaces/msg/Time 的字段，则可以将其设置为值 now。
ros2 topic pub /reference sensor_msgs/msg/TimeReference '{header: "auto", time_ref: "now", source: "dumy"}'
8 ros2 topic hz¶
您还可以使用以下命令查看数据发布的速率：
它将返回 /turtlesim 节点向 pose 话题发布数据的速率。
回想一下，您使用 ros2 topic pub --rate 1 将 turtle1/cmd_vel 的发布速率设置为稳定的 1 Hz。如果您使用 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。
注意 该速率反映了由
ros2 topic hz命令创建的订阅的接收速率，这可能会受到平台资源和 QoS 配置的影响，并且可能与发布者的速率不完全匹配。
9 ros2 topic bw¶
可以使用以下命令查看话题使用的带宽：
Subscribed to [/turtle1/pose]
1.51 KB/s from 62 messages
Message size mean: 0.02 KB min: 0.02 KB max: 0.02 KB
它返回带宽利用率和发布到 /turtle1/pose 话题的消息数量。
注意 该带宽反映了由
ros2 topic bw命令创建的订阅的接收速率，这可能会受到平台资源和 QoS 配置的影响，并且可能与发布者的带宽不完全匹配。
10 ros2 topic find¶
要列出给定类型的可用话题列表，请使用：
回想一下 cmd_vel 话题的类型是：
使用 find 命令输出给定消息类型可用的在话题：
11 清理¶
此时，您将运行许多节点。不要忘记在每个终端中输入 Ctrl+C 来停止它们。
总结¶
节点通过话题发布信息，这允许任意数量的其他节点订阅并访问该信息。在本教程中，您使用 rqt_graph 和命令行工具检查了多个节点之间通过话题进行的连接。您现在应该对数据如何在 ROS 2 系统中流动有了一个很好的了解。
下一步¶
接下来，您将通过教程理解服务 (Understanding services) 了解 ROS 图中的另一种通信类型。