ROS 2消息简介

ROS程序使用三种不同的接口来进行沟通：消息（message），服务（service）和动作（action）。ROS 2使用一种简化的描述语言：IDL（interface definition language）来描述这届接口。这种描述使得ROS工具自动生成不同编程语言的接口类型源代码变得更加简单。

这三种接口类型简介如下。本文主要介绍有关消息的接口。

• msg: .msg 文件是描述ROS消息定义的简单文本文件。它们被用于生成关于消息定义的不同编程语言的源代码。
• srv: .srv 文件描述服务（service）。它们包含两个部分：请求（request）和返回（response）。请求和返回都是消息声明（declaration）。
• action: .action 文件描述动作（action）. 它们包含三个部分：目标（goal），结果（result）和反馈（feedback）。每个部分都是一个消息声明。

消息描述规范

消息在ROS软件包的msg/目录下的.msg文件里定义。.msg文件包含两部分内容：fields和constants。

Fields

每个field都包含类型和名称的定义。类型和名称之间用空格分开：

fieldtype1 fieldname1
fieldtype2 fieldname2
fieldtype3 fieldname3

例如：

int32 my_int
string my_string

Field类型

Field 可以是：

• ROS 2内置支持的类型 （built-in-types）
• 开发者自定义的消息名称和类型，例如 “geometry_msgs/PoseStamped”

目前内置支持的类型:

Type name	C++	Python	DDS type
bool	bool	builtins.bool	boolean
byte	uint8_t	builtins.bytes*	octet
char	char	builtins.str*	char
float32	float	builtins.float*	float
float64	double	builtins.float*	double
int8	int8_t	builtins.int*	octet
uint8	uint8_t	builtins.int*	octet
int16	int16_t	builtins.int*	short
uint16	uint16_t	builtins.int*	unsigned short
int32	int32_t	builtins.int*	long
uint32	uint32_t	builtins.int*	unsigned long
int64	int64_t	builtins.int*	long long
uint64	uint64_t	builtins.int*	unsigned long long
string	std::string	builtins.str	string
wstring	std::u16string	builtins.str	wstring

所有的内置支持类型都能用于定义数组（array）：

Type name	C++	Python	DDS type
static array	std::array<T, N>	builtins.list*	T[N]
unbounded dynamic array	std::vector	builtins.list	sequence
bounded dynamic array	custom_class<T, N>	builtins.list*	sequence<T, N>
bounded string	std::string	builtins.str*	string

所有比 ROS 定义更宽松的类型都通过软件强制执行 ROS 范围和长度约束。

使用数组（array）和有界（bounded）类型的消息定义示例：

int32[] unbounded_integer_array
int32[5] five_integers_array
int32[<=5] up_to_five_integers_arraystring string_of_unbounded_size
string<=10 up_to_ten_characters_stringstring[<=5] up_to_five_unbounded_strings
string<=10[] unbounded_array_of_strings_up_to_ten_characters_each
string<=10[<=5] up_to_five_strings_up_to_ten_characters_each

Field名称

Field名称必须是小写字母数字字符，并用下划线分隔单词。 它们必须以字母字符开头，并且不能以下划线结尾或有两个连续的下划线。

Field缺省值

缺省值可以设置为消息类型中的任何字段。 目前，字符串数组和复杂类型不支持缺省值（即上面的内置类型表中不存在的类型；这适用于所有嵌套消息）。

通过向字段定义行添加第三个元素来定义缺省值，即：

fieldtype fieldname fielddefaultvalue

例如：

uint8 x 42
int16 y -2000
string full_name "John Doe"
int32[] samples [-200, -100, 0, 100, 200]

注意：

• 字符串值必须用单引号或双引号定义
• 当前字符串值未转义

常量

每个常量定义就像一个具有默认值的字段描述，只不过该值永远不能以编程方式更改。 该值分配通过使用等号“=”来指示，即：

constanttype CONSTANTNAME=constantvalue

例如：

int32 X=123
int32 Y=-123
string FOO="foo"
string EXAMPLE='bar'

注意：

常量名必须大写！

ROS 2消息接口的新功能

ROS 2 IDL 与 ROS 1 IDL 密切相关。 大多数现有的 ROS 1 .msg 和 .srv 文件应该可以按原样与 ROS 2 一起使用。在 ROS 1 的现有功能集之上，ROS 2 IDL 引入了一些新功能，即：

• 有界数组（bounded arrays）: ROS 1 IDL 允许无界数组（例如 int32[] foo）和固定大小数组（例如 int32[5] bar），而 ROS 2 IDL 进一步允许有界数组（例如 int32[<=5] bat） 。 在某些用例中，能够为数组的大小设置上限，而不必承诺始终使用那么多空间（例如，在实时系统中，您需要预先分配将要使用的所有内存），这一点在执行期间使用很重要）。
• 有界字符串（bounded strings）: ROS 1 IDL 允许无界字符串（例如 string foo），而 ROS 2 IDL 进一步允许有界字符串（例如 string<=5 bar）。
• 缺省值（default values）: ROS 1 IDL 允许常量字段（例如 int32 X=123），而 ROS 2 IDL 还允许指定默认值（例如 int32 X 123）。 默认值在构造消息/服务对象时使用，随后可以通过分配给字段来覆盖。 您还可以指定操作部分的默认值。

ROS 2消息的命令行工具

列出系统中所有可用消息类型

ros2 msg list

这个命令会显示系统中所有已知的消息类型，包括标准消息和任何已安装的自定义消息。输出示例：

std_msgs/msg/String
geometry_msgs/msg/Twist
sensor_msgs/msg/LaserScan
…

这里，输出包含了多个消息类型，如std_msgs/msg/String，这是一个标准的字符串消息类型。

显示特定消息类型的详细信息

ros2 msg show std_msgs/msg/String

使用这个命令可以查看特定消息类型的结构，包括它的字段和每个字段的类型。这对于理解和使用消息非常有帮助。

string data

这表明std_msgs/msg/String消息只有一个名为data的字段，其类型为string。

总结

ROS 2消息为ROS 2系统提供了一种统一的数据传输机制，使得不同节点之间能够进行高效的通信。通过消息，开发者可以定义和传递各种类型的数据，并且能够在节点之间实现灵活、可靠的数据交换。消息的使用能够提高ROS 2系统的模块化程度、可扩展性和可维护性，使其更适用于各种不同的机器人和自动化应用场景。

作者ROS 2学习笔记系列文章：ROS 2学习笔记 归档 - HY's Blog