ROS2自定义msg：打造机器人世界的“专属语言

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揭秘如何像餐厅定制菜单那样为机器人设计专属数据协议

📚 目录

1. 🍽️ 为什么需要自定义msg？——从餐厅定制菜单说起
2. 📦 创建消息厨房：功能包搭建指南
3. 📝 设计菜单配方：msg文件编写规范
4. 🔧 厨房改造：CMake与package配置
5. 🔥 烹饪过程：编译与验证
6. 📤 上菜啦！消息调用实战
7. 🚧 避坑指南：当厨房起火时
8. 🏭 高级定制：跨包调用与工业应用

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🍽️ 为什么需要自定义msg？

想象开机器人餐厅时遇到的困境：

• 标准化菜单局限：
  std_msgs/String 就像"蛋炒饭"——只能告诉厨师要做饭，但无法说明加多少盐、要不要葱花
• 定制需求：
  机械臂需要同时接收坐标(x,y,z)和抓取力度参数
  自动驾驶车需传递位置+速度+方向复合数据

💡 本质突破：自定义msg = 数据乐高积木，自由组合满足业务需求

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📦 创建消息厨房：功能包搭建指南

步骤1：创建专属厨房（功能包）

# 进入工作空间src目录
cd ~/ros2_ws/src
# 创建ament_cmake类型功能包（兼容C++/Python）
ros2 pkg create --build-type ament_cmake robot_menu

✅ 命名规范：建议后缀_msgs或_interfaces，如agv_msgs

步骤2：建立食材仓库（目录结构）

cd robot_menu
mkdir msg  # 存放.msg文件
mkdir srv  # 如需服务则创建

📂 目录结构：

robot_menu/
├── msg/
│   └── Dish.msg  
├── src/
├── CMakeLists.txt
└── package.xml

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📝 设计菜单配方：msg文件编写规范

案例：设计"菜品"消息（Dish.msg）

# 菜品基本信息
string name          # 名称（首字母小写！）
float32 cost         # 价格
uint32 calorie       # 卡路里

# 食材组成
string[] ingredients # 字符串数组

# 烹饪状态（枚举）
uint8 COOKING=0      # 定义常量
uint8 SERVING=1
uint8 status

⚠️ 黄金法则：

1. 文件名首字母大写：Dish.msg正确，dish.msg编译报错
2. 变量名首字母小写：cost正确，Cost会引发类型错误
3. 支持数据类型：
   • 基础类型：float32, int64, bool…
   • 数组：float32[] prices
   • 嵌套类型：std_msgs/Header header

💡 生活映射：就像写菜谱时"食材：面粉200g"比"Food:flour"更明确

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🔧 厨房改造：CMake与package配置

1️⃣ 改造厨房工具（CMakeLists.txt）

# 添加关键依赖（相当于采购厨具）
find_package(std_msgs REQUIRED)  # 若使用std_msgs
find_package(rosidl_default_generators REQUIRED)

# 配置菜单生产线
rosidl_generate_interfaces(${PROJECT_NAME}
  "msg/Dish.msg"          # 指定配方文件
  DEPENDENCIES std_msgs   # 声明外部依赖
)

📌 注：若msg中使用其他类型（如geometry_msgs/Point），需添加对应依赖

2️⃣ 食材供应链管理（package.xml）

<depend>std_msgs</depend>
<build_depend>rosidl_default_generators</build_depend>
<exec_depend>rosidl_default_runtime</exec_depend>
<member_of_group>rosidl_interface_packages</member_of_group>

🔩 供应链解析：

• build_depend：编译时需要的工具（锅碗瓢盆）
• exec_depend：运行时需要的材料（食材调料）

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🔥 烹饪过程：编译与验证

步骤1：开火烹饪（编译）

cd ~/ros2_ws
colcon build --packages-select robot_menu
source install/setup.bash  # 刷新食材库存

步骤2：菜品质检（验证）

# 检查菜品配方
ros2 interface show robot_menu/msg/Dish

# 预期输出：
string name
float32 cost
uint32 calorie
string[] ingredients
uint8 status

高级质检（原型查看）

ros2 interface proto robot_menu/msg/Dish
# 输出数据结构示例：
name: ''
cost: 0.0
calorie: 0
ingredients: []
status: 0

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📤 上菜啦！消息调用实战

Python版：机器人厨师发布菜品

# 导入定制菜单
from robot_menu.msg import Dish

def cook_dish():
    # 准备菜品数据
    special_dish = Dish()
    special_dish.name = "麻辣香锅"
    special_dish.cost = 48.0
    special_dish.calorie = 320
    special_dish.ingredients = ["牛肉", "藕片", "土豆"]
    special_dish.status = Dish.COOKING  # 使用枚举值
    
    # 发布到话题
    publisher.publish(special_dish)

C++版：美食家订阅菜品

#include "robot_menu/msg/dish.hpp"

class FoodieNode : public rclcpp::Node {
public:
  FoodieNode() : Node("foodie") {
    subscription_ = create_subscription<robot_menu::msg::Dish>(
      "restaurant", 10, 
      [](const robot_menu::msg::Dish::SharedPtr msg) {
        RCLCPP_INFO(get_logger(), "收到新菜: %s", msg->name.c_str());
      });
  }
}

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🚧 避坑指南：当厨房起火时

故障排查表

现象	根本原因	解决方案
编译报错"未知类型"	依赖缺失	检查CMake的DEPENDENCIES
找不到头文件	未source环境	source install/setup.bash
Python导入错误	Anaconda环境冲突	退出conda环境重试
跨包调用失败	未声明依赖	在目标包package.xml添加<depend>robot_menu</depend>

环境配置技巧

# 永久解决环境变量问题
echo "source /opt/ros/humble/setup.bash" >> ~/.bashrc
echo "source ~/ros2_ws/install/setup.bash" >> ~/.bashrc

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🏭 高级定制：跨包调用与工业应用

工厂案例：AGV调度系统

实现步骤：

1. 在agv_msgs中引用菜品：

   # Task.msg
   robot_menu/Dish dish
   string destination
   

2. 配置级联依赖：

   # agv_msgs的CMakeLists.txt
   find_package(robot_menu REQUIRED)
   rosidl_generate_interfaces(${PROJECT_NAME}
     "msg/Task.msg"
     DEPENDENCIES robot_menu  # 关键！
   )
   

工业级参数规范：

• 命名空间隔离：/agv1/task vs /agv2/task
• QoS配置：确保关键指令可靠传输

  qos = QoSProfile(
    reliability=ReliabilityPolicy.RELIABLE,
    deadline=Duration(seconds=5)
  )
  

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现在打开终端，用ros2 pkg create开始设计你的机器人语言吧！

🚀 本文案例已在ROS2 Humble/Hawthorn验证 源码见GitHub仓库

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参考文献

: ROS2接口定义规范

自定义消息编译原理

跨包依赖配置技巧

工业级消息设计准则

环境变量配置方法

故障排查手册