Robot Operating System——自定义订阅/发布的消息结构

news2025/1/11 6:05:42

大纲

  • 初始化环境
  • 生成自定义消息的工程
    • 创建包
    • 自定义消息
    • package.xml
      • 完整文件
    • CMakeLists.txt
      • 完整文件
    • 编译
    • 注册
  • 使用自定义消息的工程
    • 创建包
    • 代码
    • CMakeLists.txt
    • 编译
    • 运行
  • 工程地址
  • 参考资料

在之前的案例中我们订阅/发布之间传递的消息都是ROS2的标准类型。本文我们将讨论如何自定义一个消息类型。

初始化环境

在《Robot Operating System——深度解析自动隐式加载动态库的运行模式》一文中，我们展现了ROS2可执行文件的链接指令。可以看到它依赖了很多ROS2环境相关的动态库，所以我们在创建工程之前也要初始化环境。

source /opt/ros/jazzy/setup.bash

关于环境的安装可以参见《Robot Operating System——Ubuntu上以二进制形式安装环境》。

生成自定义消息的工程

创建包

ros2 pkg create --build-type ament_cmake --license Apache-2.0 custom_msg

在这里插入图片描述
其目录结构如下
在这里插入图片描述

自定义消息

我们使用《Robot Operating System——导航卫星（如 GPS）状态信息》中介绍的sensor_msgs::msg::NavSatStatus、《Robot Operating System——带有协方差矩阵的三维空间中的位姿（位置和方向）》中介绍的geometry_msgs::msg::PoseWithCovariance以及《Robot Operating System——std_msgs消息类型说明和使用》中介绍的std_msgs::msg::Bool来组织一个自定义消息体。
我们创建一个目录，叫做msg，然后在这个目录下创建文件NavSatPoseBool.msg，填入以下内容

sensor_msgs/NavSatStatus nav
geometry_msgs/PoseWithCovariance pose
std_msgs/Bool boolvalue

此时目录结构如下
在这里插入图片描述

package.xml

在该文件中新增如下内容

  <depend>sensor_msgs</depend>
  <depend>geometry_msgs</depend>
  <depend>std_msgs</depend>
  <buildtool_depend>rosidl_default_generators</buildtool_depend>
  <exec_depend>rosidl_default_runtime</exec_depend>
  <member_of_group>rosidl_interface_packages</member_of_group>

sensor_msgs、geometry_msgs和std_msgs是消息体中用的三种ROS2提供的基础消息类型；
rosidl_default_generators用于将上述msg文件生成代码；
rosidl_default_runtime是运行时依赖；
后三者是一定要加的，前面的三个根据自定义消息的类型酌情添加。

完整文件

<?xml version="1.0"?>
<?xml-model href="http://download.ros.org/schema/package_format3.xsd" schematypens="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"?>
<package format="3">
  <name>custom_msg</name>
  <version>0.0.0</version>
  <description>TODO: Package description</description>
  <maintainer email="f304646673@gmail.com">fangliang</maintainer>
  <license>Apache-2.0</license>

  <buildtool_depend>ament_cmake</buildtool_depend>

  <depend>sensor_msgs</depend>
  <depend>geometry_msgs</depend>
  <depend>std_msgs</depend>
  <buildtool_depend>rosidl_default_generators</buildtool_depend>
  <exec_depend>rosidl_default_runtime</exec_depend>
  <member_of_group>rosidl_interface_packages</member_of_group>

  <test_depend>ament_lint_auto</test_depend>
  <test_depend>ament_lint_common</test_depend>

  <export>
    <build_type>ament_cmake</build_type>
  </export>
</package>

CMakeLists.txt

新增如下内容

find_package(sensor_msgs REQUIRED)
find_package(geometry_msgs REQUIRED)
find_package(std_msgs REQUIRED)
find_package(rosidl_default_generators REQUIRED)

rosidl_generate_interfaces(${PROJECT_NAME}
  "msg/NavSatPoseBool.msg"
  DEPENDENCIES sensor_msgs geometry_msgs std_msgs 
)

DEPENDENCIES 中添加的是我们自定义消息的基础类型。

完整文件

cmake_minimum_required(VERSION 3.8)
project(custom_msg)

if(CMAKE_COMPILER_IS_GNUCXX OR CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "Clang")
  add_compile_options(-Wall -Wextra -Wpedantic)
endif()

# find dependencies
find_package(ament_cmake REQUIRED)
# uncomment the following section in order to fill in
# further dependencies manually.
# find_package(<dependency> REQUIRED)

find_package(sensor_msgs REQUIRED)
find_package(geometry_msgs REQUIRED)
find_package(std_msgs REQUIRED)
find_package(rosidl_default_generators REQUIRED)

rosidl_generate_interfaces(${PROJECT_NAME}
  "msg/NavSatPoseBool.msg"
  DEPENDENCIES sensor_msgs geometry_msgs std_msgs
)


if(BUILD_TESTING)
  find_package(ament_lint_auto REQUIRED)
  # the following line skips the linter which checks for copyrights
  # comment the line when a copyright and license is added to all source files
  set(ament_cmake_copyright_FOUND TRUE)
  # the following line skips cpplint (only works in a git repo)
  # comment the line when this package is in a git repo and when
  # a copyright and license is added to all source files
  set(ament_cmake_cpplint_FOUND TRUE)
  ament_lint_auto_find_test_dependencies()
endif()

ament_package()

编译

colcon build --packages-select custom_msg

在这里插入图片描述

注册

source install/setup.sh

经过注册后，我们可以在ROS2中查看这个自定义消息

ros2 interface show custom_msg/msg/NavSatPoseBool

在这里插入图片描述

使用自定义消息的工程

创建包

ros2 pkg create --build-type ament_cmake --license Apache-2.0 custom_msg_topic --dependencies rclcpp custom_msg

在这里插入图片描述
–dependencies参数可以帮我们在package.xml和CMakeLists.txt中自动添加相应依赖。此时我们添加上一步创建的custom_msg。

代码

我们在src目录下创建talker.cpp和listener.cpp两个文件，然后分别填入下面的代码：

// Copyright 2014 Open Source Robotics Foundation, Inc.
//
// Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
// you may not use this file except in compliance with the License.
// You may obtain a copy of the License at
//
//     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
//
// Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
// distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
// WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
// See the License for the specific language governing permissions and
// limitations under the License.

#include <chrono>
#include <cstdio>
#include <memory>
#include <utility>

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"

#include "std_msgs/msg/string.hpp"

#include "custom_msg/msg/nav_sat_pose_bool.hpp"

using namespace std::chrono_literals;

class Talker : public rclcpp::Node
{
public:
  explicit Talker() : Node("talker")
  {
    // Create a function for when messages are to be sent.
    setvbuf(stdout, NULL, _IONBF, BUFSIZ);
    auto publish_message =
      [this]() -> void
      {
        msg_ = std::make_unique<custom_msg::msg::NavSatPoseBool>();
        msg_->nav.service = 1;
        msg_->nav.status = 2;
        msg_->pose.pose.position.x = 1.0;
        msg_->pose.pose.position.y = 2.0;
        msg_->pose.pose.position.z = 3.0;
        msg_->pose.pose.orientation.x = 0.0;
        msg_->pose.pose.orientation.y = 0.0;
        msg_->pose.pose.orientation.z = 0.0;
        msg_->pose.pose.orientation.w = 1.0;
        msg_->boolvalue.data = false;

        RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Publishing: [%s]", serializeNavSatPoseBool(*msg_).c_str());

        // Put the message into a queue to be processed by the middleware.
        // This call is non-blocking.
        pub_->publish(std::move(msg_));
      };
    // Create a publisher with a custom Quality of Service profile.
    // Uniform initialization is suggested so it can be trivially changed to
    // rclcpp::KeepAll{} if the user wishes.
    // (rclcpp::KeepLast(7) -> rclcpp::KeepAll() fails to compile)
    rclcpp::QoS qos(rclcpp::KeepLast{7});
    pub_ = this->create_publisher<custom_msg::msg::NavSatPoseBool>("chatter", qos);

    // Use a timer to schedule periodic message publishing.
    timer_ = this->create_wall_timer(1s, publish_message);
  }

  private :std::string serializeNavSatPoseBool(const custom_msg::msg::NavSatPoseBool &msg) {
    std::ostringstream oss;
    oss << msg.nav.service << " " 
        << msg.nav.status << " " 
        << msg.pose.pose.position.x << " " 
        << msg.pose.pose.position.y << " " 
        << msg.pose.pose.position.z << " " 
        << msg.pose.pose.orientation.x << " " 
        << msg.pose.pose.orientation.y << " " 
        << msg.pose.pose.orientation.z << " " 
        << msg.pose.pose.orientation.w << " " 
        << msg.boolvalue.data;

    return oss.str();
  }

private:
  size_t count_ = 1;
  
  std::unique_ptr<custom_msg::msg::NavSatPoseBool> msg_;
  rclcpp::Publisher<custom_msg::msg::NavSatPoseBool>::SharedPtr pub_;
  rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_;
};

int main(int argc, char * argv[])
{
  rclcpp::init(argc, argv);
  rclcpp::spin(std::make_shared<Talker>());
  rclcpp::shutdown();
  return 0;
}

// Copyright 2014 Open Source Robotics Foundation, Inc.
//
// Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
// you may not use this file except in compliance with the License.
// You may obtain a copy of the License at
//
//     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
//
// Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
// distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
// WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
// See the License for the specific language governing permissions and
// limitations under the License.

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"

#include "std_msgs/msg/string.hpp"

#include "custom_msg/msg/nav_sat_pose_bool.hpp"
#include <sstream>
#include <string>

class Listener : public rclcpp::Node
{
public:
  explicit Listener() : Node("listener")
  {
    // Create a callback function for when messages are received.
    // Variations of this function also exist using, for example UniquePtr for zero-copy transport.
    setvbuf(stdout, NULL, _IONBF, BUFSIZ);
    auto callback =
      [this](custom_msg::msg::NavSatPoseBool::ConstSharedPtr msg) -> void
      {
        RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "I heard: [%s]", serializeNavSatPoseBool(*msg).c_str());
      };
    // Create a subscription to the topic which can be matched with one or more compatible ROS
    // publishers.
    // Note that not all publishers on the same topic with the same type will be compatible:
    // they must have compatible Quality of Service policies.
    sub_ = create_subscription<custom_msg::msg::NavSatPoseBool>("chatter", 10, callback);
  }

  private :std::string serializeNavSatPoseBool(const custom_msg::msg::NavSatPoseBool &msg) {
    std::ostringstream oss;
    oss << msg.nav.service << " " 
        << msg.nav.status << " " 
        << msg.pose.pose.position.x << " " 
        << msg.pose.pose.position.y << " " 
        << msg.pose.pose.position.z << " " 
        << msg.pose.pose.orientation.x << " " 
        << msg.pose.pose.orientation.y << " " 
        << msg.pose.pose.orientation.z << " " 
        << msg.pose.pose.orientation.w << " " 
        << msg.boolvalue.data;

    return oss.str();
  }

private:
  rclcpp::Subscription<custom_msg::msg::NavSatPoseBool>::SharedPtr sub_;
};

int main(int argc, char * argv[])
{
  rclcpp::init(argc, argv);
  rclcpp::spin(std::make_shared<Listener>());
  rclcpp::shutdown();
  return 0;
}

CMakeLists.txt

然后分别编译这两个文件成为可执行文件。

add_executable(talker src/talker.cpp)
ament_target_dependencies(talker rclcpp custom_msg)

add_executable(listener src/listener.cpp)
ament_target_dependencies(listener rclcpp custom_msg)

编译

colcon build --packages-select custom_msg_topic

在这里插入图片描述

运行

在新的终端中，需要先初始化环境

source custom_msg/install/setup.sh

然后执行listen和talker。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

工程地址

  • https://github.com/f304646673/ros2-examples/tree/main/custom_msg
  • https://github.com/f304646673/ros2-examples/tree/main/custom_msg_topic

参考资料

  • https://docs.ros.org/en/jazzy/Tutorials/Beginner-Client-Libraries/Custom-ROS2-Interfaces.html

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