熟悉ROS系统中的话题

描述：这篇教程主要讲解ROS系统中的话题及rostopic和rqt_plot等命令工具；

1. Setup安装
1.1 roscore

首先确保roscore已经启动运行，打开一个新的命令终端，输入如下指令：

$ roscore

如果此时你仍然运行着上一篇教程中的roscore，将会看到如下错误信息：
•        roscore cannot run as another roscore/master is already running.
•        Please kill other roscore/master processes before relaunching

这是没有什么问题的，因为只能有一个roscore运行；

1.2 turtlesim

在这篇教程，我们仍然使用turtlesim功能包，打开一个新的命令终端，输入如下指令：

$ rosrun turtlesim turtlesim_node

1.3 键盘遥控乌龟

我们需要采取一些措施来操纵乌龟，请在新的命令终端输入如下指令：

$ rosrun turtlesim turtle_teleop_key

•        [ INFO] 1254264546.878445000: Started node [/teleop_turtle],
pid [5528], bound on [aqy], xmlrpc port [43918], tcpros port [55936],
logging to [~/ros/ros/log/teleop_turtle_5528.log], using [real] time
•        Reading from keyboard
•        ---------------------------
•        Use arrow keys to move the turtle.

这样就可以使用键盘上的方向键来操控乌龟运动了，如果乌龟不动弹，则需要选中turtle_teleop_key窗口，确保按下的键被窗口采集到；

2. ROS系统中的话题

Turtlesim_node节点和turtle_teleop_key节点之间通过ROS系统的话题进行通信，turtle_teleop_key节点发布键盘的动作到话题，同时turtlesim订阅同样的话题来接收键盘动作。我们可以通过rqt_graph查看当前运行的节点和话题。

注意：如果采用electric或更早期的版本，是不支持rqt的，可以通过rxgraph来替代；

2.1 rqt_graph的用法

rqt_graph会产生一个关于系统正在运行的元素（注节点及话题等）的动态图表，它是rqt功能包的一部分，如果你还没有安装，可以通过如下方式安装：
•        $ sudo apt-get install ros-<distro>-rqt

替换指令中的<distro>为你的ROS的版本号，如fuerte，groovy等；
新打开一个命令终端，输入如下指令:

$ rosrun rqt_graph rqt_graph

可以看到如下类似的图像：

如果把鼠标放置到/turtle1/command_velocity上，ROS节点（蓝色和绿色显示的）及话题（红色显示的）会出现高亮，
如图所示，turtlesim_node和turtle_teleop_key节点通过名字为/turtle1/command_velocity的话题进行通信；

2.2 rostopic介绍

通过rostopic工具可以获取有关ROS话题的信息；

可以通过help参数获取有关rostopic的次级命令选项用法；
$ rostopic -h
•        rostopic bw    display bandwidth used by topic
•        rostopic echo  print messages to screen
•        rostopic hz    display publishing rate of topic   
•        rostopic list  print information about active topics
•        rostopic pub    publish data to topic
•        rostopic type  print topic type

下面我们使用这些次级命令来检测一下turtlesim节点；

2.3 rostopic echo的用法

Rostopic echo 列示出发布给话题的数据信息；

用法：
rostopic echo [topic]

我们在一个新的命令终端下查看节点turtle_teleop_key发布给/turtle1/command_velocity话题的数据：

$ rostopic echo /turtle1/command_velocity

你也许什么都看不到，因为节点没有正在发布数据给话题，还需要通过按方向键让turtle_teleop_key发布数据，需要注意的是，如果乌龟没有动弹，需要重新选中turtle_teleop_key的命令终端；

如果你按下向上的方向键，你可以看到如下的相关信息：
•        ---
•        linear: 2.0
•        angular: 0.0
•        ---
•        linear: 2.0
•        angular: 0.0
•        ---
•        linear: 2.0
•        angular: 0.0
•        ---
•        linear: 2.0
•        angular: 0.0
•        ---
•        linear: 2.0
•        angular: 0.0

现在再次查看一下rqt_graph（需要刷新一下），可以看到rostopic echo节点（红颜色所示）也在订阅trutle1/command_velocity话题了；

2.4 rostopic list的用法

rostopic list 会列示出当前提供订阅和发布的所有话题信息；

我们猜想一下list的次级命令是什么，在一个新的命令终端，输入如下指令：
$ rostopic list -h
•        Usage: rostopic list [/topic]
•       
•        Options:
•          -h, --help            show this help message and exit
•          -b BAGFILE, --bag=BAGFILE
•                                list topics in .bag file
•          -v, --verbose        list full details about each topic
•          -p                    list only publishers
•          -s                    list only subscribers

我们使用rostopic list的 verbose选项：

[plain] view plaincopyprint?$ rostopic list -v

$ rostopic list -v

这将会展示一个有关发布者及订阅者的详细列表及他们的类型。
•        Published topics:
•        * /turtle1/color_sensor [turtlesim/Color] 1 publisher
•        * /turtle1/command_velocity [turtlesim/Velocity] 1 publisher
•        * /rosout [roslib/Log] 2 publishers
•        * /rosout_agg [roslib/Log] 1 publisher
•        * /turtle1/pose [turtlesim/Pose] 1 publisher
•       
•        Subscribed topics:
•        * /turtle1/command_velocity [turtlesim/Velocity] 1 subscriber
•        * /rosout [roslib/Log] 1 subscriber

3. ROS消息

节点通过话题通信时是采用ROS消息的方式进行的，对于发布者turtle_teleop_key和订阅者turtlesim_node之间的通信，发布者和订阅者必须采用类型一致的消息。亦即话题通信类型是由发布方发送的消息类型决定的。发送给话题的消息类型可以通过rostopic
type检测到；

3.1 rostopic type的用法

rostopic type返回话题发布的任何一个消息的类型。

用法：
rostopic type [topic]

试着输入：

$ rostopic type /turtle1/command_velocity

•        You should get:
•        得到如下结果：
turtlesim/Velocity

可以通过rosmsg查看更详细的信息；

$ rosmsg show turtlesim/Velocity

•        float32 linear
•        float32 angular

现在我们知道了turtlesim需要什么类型的数据了，因此我们可以对小乌龟发布命令了；

4. rostopic补充讲解

我们知道了ROS消息，现在我们使用rostopic操作消息；

4.1 pub rostopic pub的用法

rostopic pub 发布数据给当前存在的话题；

用法：
rostopic pub [topic] [msg_type] [args]

示例：

$ rostopic pub -1 /turtle1/command_velocity turtlesim/Velocity  -- 2.0  1.8

在指令中，发送一条消息给turtlesim，通知他采用2.0的线性速度及1.8的角速度运行；
•

这是一个比较奥复杂的指令，我们相信看一下每一个参数；
•        rostopic pub

表示发布消息到指定的话题；
•        -1

-1选项表示只发送一次消息，然后就停发；
•        /turtle1/command_velocity

指定要发送的话题；
•        turtlesim/Velocity

指定发送给话题的消息类型
•        --

“--”告诉解析器后面的参数不是选项了（而是消息的具体数值），当数值为负数时是非常有必要的；

•        2.0 1.8

如前面提到的，turtlesim/Velocity命令有两个浮点型的数据：线性速度和角速度，这是2.0表示线性速度，1.8表示角速度的数值，这些参数表示形式符合YAML语法，具体可以查看有关YAML的介绍；

你会注意到小乌龟已经停止运动了，因为它需要靠1Hz的数据流不断驱动，我们可以使用rostopic pub –r指令不断发送数据流：

$ rostopic pub /turtle1/command_velocity turtlesim/Velocity -r 1 -- 2.0  -1.8

这条指令以1Hz的频率不断发布速度数据到速度话题；
•

我们可以通过rqt_graph查看什么正在运行，rostopic pub节点（红色所示）正和rostopic echo节点（绿色所示）不断通信；

这样，小乌龟不断的做圆周运行。打开一个新的命令终端，我们使用rostopic echo可以查看由tertlesim发布的数据信息；

4.1 rostopic hz的用法

rostopic hz会报告出数据发布的频率；

用法：
rostopic hz [topic]

我们查看一下turtlesim_node发布的/turtle1/pose有多快：

$ rostopic hz /turtle1/pose

可以看到如下执行结果：
•        subscribed to [/turtle1/pose]
•        average rate: 59.354
•                min: 0.005s max: 0.027s std dev: 0.00284s window: 58
•        average rate: 59.459
•                min: 0.005s max: 0.027s std dev: 0.00271s window: 118
•        average rate: 59.539
•                min: 0.004s max: 0.030s std dev: 0.00339s window: 177
•        average rate: 59.492
•                min: 0.004s max: 0.030s std dev: 0.00380s window: 237
•        average rate: 59.463
•                min: 0.004s max: 0.030s std dev: 0.00380s window: 290

现在我们可以看出turtlesim正以60Hz的频率发布数据给小乌龟，我们也可以通过rostopic type与rosmsg show 联合在一起的方式输出有关话题的更详细信息；

$ rostopic type /turtle1/command_velocity | rosmsg show

现在我们已经可以通过rostopit来检查话题了，我们还需要使用其他工具查看一下turtlesim发布的数据；

5. rqt_plot用法

注意：如果使用electric或者更早期的版本，rqt是不支持的，用rxplot替代；

rqt_plot展示出了有关数据随着时间输出的曲线。这里我们使用rqt_plot画出发布给/turtle1/pose的数据：

$ rosrun rqt_plot rqt_plot /turtle1/pose/x:y
$ rosrun rqt_plot rqt_plot /turtle1/pose/theta

下面第一副图展示了x-y的位置随时间的关系，第二幅图展示了海龟的theta（方向角？）数值随时间的关系；