从turtlesim学习ROS2主题
前言
学习ROS2的路，并不能通过学习ROS1代替，因为ROS2的“内核”不同于ROS1，必须认认真真从头开始重新学习。
Ubuntu版本：20.04
ROS版本：Foxy
学习笔记回顾
1.ROS2话题
ROS2将整个系统分解为许多模块化节点。节点之间通讯的至关重要的通道就是Topic话题。
一个节点可以发布和订阅多个主题，相当于是多对多的订阅/发布模型。
话题是机器人各个子系统之间交换数据的重要途径。
2.启动小海龟模拟器和控制器
$ ros2 run turtlesim turtlesim_node
$ ros2 run turtlesim turtle_teleop_key
根据上一节的教程，想必大家已经很熟悉他们的节点了，分别为/turtlesim和/teleop_turtle。
3.rqt_graph功能软件
rqt_graph该软件可以对不断变化的节点和主题可视化显示，也可显示他们之间的关系。在ROS1中，该软件也是非常有用处。在一个新的终端中启动它：
$ rqt_graph
启动后的界面如下所示，学习过ROS1的同学一定是非常熟悉的，里面清晰的展示了ROS计算图的网络形态：
将鼠标移到中心的主题上，可以看到所示的颜色会高亮显示，清晰的展示了各个话题和节点之间的关系。话题、turtle1/cmd_vel的发布者是/teleop_turtle节点，订阅者是/turtlesim节点，这个话题中传输的数据就是键盘控制小海龟的速度值。
在未来的机器人开发中，该工具可以帮助我们更加直观的分析节点和话题之间的关系。
4.ros2 topic list
该命令可以将系统中正在运行的话题以列表的方式展示出来，打开新的终端，并且输入以下命令：
$ ros2 topic list
----
/parameter_events
/rosout
/turtle1/cmd_vel
/turtle1/color_sensor
/turtle1/pose
使用ros2 topic list -t命令可以显示相同的主题列表，并且在后面的括号中详细的反应主题的数据类型。
$ ros2 topic list -t
----
/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]
5.ros2 topic echo
使用该命令可以展示该话题所发布的数据：
$ ros2 topic echo <topic_name>
是什么数据能让小海龟听话的动起来，使用以下命令查看：
$ ros2 topic echo /turtle1/cmd_vel
起初，这个话题不会发布任何数据，因为我们并没有去控制它，当我们在控制器终端中按下控制按键，就能显示数据了：
//左转命令
linear:
x: 0.0
y: 0.0
z: 0.0
angular:
x: 0.0
y: 0.0
z: 2.0
---
//前进命令
linear:
x: 2.0
y: 0.0
z: 0.0
angular:
x: 0.0
y: 0.0
z: 0.0
---
从返回的数据中可知，键盘控制节点将速度转换成了线速度和角速度，通过话题发送给海龟模拟器，海龟才能动起来。
6.ros2 topic info
该命令相当于ROS1中的rostopic info，类似查看节点的详细信息一样，我们也可以用以下命令查看话题的详细信息：
$ ros2 topic info /turtle1/cmd_vel
----
Type: geometry_msgs/msg/Twist
Publisher count: 1
Subscription count: 1
7.ros2 interface show
当我们想编写发布和订阅的主题，知道了要发布的数据类型，但是如何查看数据的结构呢，跟着笔者一步一步操作查看：
$ ros2 topic list -t
可以看到，cmd_vel的数据类型为：
geometry_msgs/msg/Twist
我们可以通过如下命令查看这个数据类型的具体结构：
$ ros2 interface show geometry_msgs/msg/Twist
----
# This expresses velocity in free space broken into its linear and angular parts.
Vector3 linear
Vector3 angular
可见，Twist中包含了两个三维向量，分别为线速度和角速度。
8.ros2 topic pub
我们已经知道如何查看topic和数据结构了，那我们如何通过命令来发布一个话题。
$ ros2 topic pub <topic_name> <msg_type> '<args>'
这里的'<args>'参数就是具体要发布的数据，使用如下命令控制小海龟行走。--once参数代表的意思是只执行一遍就退出。
$ 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}}"
----
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))
可以看到小海龟动起来了。
如果希望小海龟按一定的频率一直行走，需要在命令中加入频率参数–rate，单位是Hz：
$ 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}}"
9.ros2 topic hz
可以通过该命令查看某一个话题的发布频率：
$ ros2 topic hz /turtle1/pose
----
average rate: 62.477
min: 0.015s max: 0.016s std dev: 0.00039s window: 64
average rate: 62.496
min: 0.015s max: 0.016s std dev: 0.00039s window: 127
总结
话题是机器人各个子系统之间交换数据的重要途径
Reference:
https://docs.ros.org/en/foxy/Tutorials/Topics/Understanding-ROS2-Topics.html
结语
本文也是基于笔者的学习和使用经验总结的，主观性较强，如果有哪些不对的地方或者不明白的地方，欢迎评论区留言交流~
为了能和读者进一步讨论问题，建立了一个微信群，方便给大家解答问题，也可以一起讨论问题。
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