自定义ROS topic 的常用消息格式及类型

ROS消息的基本概念

在ROS中，消息是节点之间传递数据的结构化数据。每种消息类型都定义了一组字段，这些字段可以是基本数据类型（如整数、浮点数、布尔值等），也可以是其他消息类型。消息类型通常以.msg文件的形式定义，并存储在ROS包中。

常用的ROS消息类型

标准消息类型

ROS提供了一些标准消息类型，这些类型在许多应用中都非常常用。以下是一些常见的标准消息类型：
- std_msgs/String: 用于传递字符串数据。格式非常简单，仅包含一个字段：
  plaintext 复制代码
```
string data
```
- std_msgs/Int32: 用于传递32位整数。格式如下：
  plaintext 复制代码
```
int32 data
```
- std_msgs/Float64: 用于传递64位浮点数。格式如下：
  plaintext 复制代码
```
float64 data
```
- std_msgs/Bool: 用于传递布尔值。格式如下：
  plaintext 复制代码
```
bool data
```
几何消息类型

几何消息类型用于描述空间中的位置、方向和变换。这些消息类型在机器人运动和导航中非常重要。
- geometry_msgs/Point: 用于表示三维空间中的点。格式如下：
  plaintext 复制代码
```
float64 x
float64 y
float64 z
```
- geometry_msgs/Quaternion: 用于表示旋转。格式如下：
  plaintext 复制代码
```
float64 x
float64 y
float64 z
float64 w
```
- geometry_msgs/Pose: 用于表示位置和方向的组合。格式如下：
  plaintext 复制代码
```
geometry_msgs/Point position
geometry_msgs/Quaternion orientation
```
- geometry_msgs/Twist: 用于表示速度，包括线速度和角速度。格式如下：
  plaintext 复制代码
```
geometry_msgs/Vector3 linear
geometry_msgs/Vector3 angular
```
传感器消息类型

传感器消息类型用于传递从传感器获取的数据。这些消息类型在机器人感知中非常重要。
- sensor_msgs/Image: 用于传递图像数据。格式较为复杂，包含以下字段：
  plaintext 复制代码
```
std_msgs/Header header
uint32 height
uint32 width
string encoding
uint8 is_bigendian
uint32 step
uint8[] data
```
- sensor_msgs/LaserScan: 用于传递激光扫描数据。格式如下：
  plaintext 复制代码
```
std_msgs/Header header
float32 angle_min
float32 angle_max
float32 angle_increment
float32 time_increment
float32 scan_time
float32 range_min
float32 range_max
float32[] ranges
float32[] intensities
```
导航消息类型

导航消息类型用于机器人路径规划和导航。
- nav_msgs/Odometry: 用于传递里程计数据。格式如下：
  plaintext 复制代码
```
std_msgs/Header header
string child_frame_id
geometry_msgs/PoseWithCovariance pose
geometry_msgs/TwistWithCovariance twist
```
- nav_msgs/Path: 用于传递路径数据。格式如下：
  plaintext 复制代码
```
std_msgs/Header header
geometry_msgs/PoseStamped[] poses
```

三、详细说明消息类型

ROS 的 .msg 文件定义了消息内部的数据结构。

基本格式规则如下：

text 复制代码

字段类型 字段名称

每行定义一个字段。

例如：

text 复制代码

int32 id
string name
geometry_msgs/Pose pose

这定义了一个包含三个成员变量的消息：整型 id、字符串 name 和另一个复合消息 pose。

ROS 支持的基本数据类型包括：

类型	说明
bool	布尔值
int8, int16, int32, int64	带符号整数
uint8, uint16, uint32, uint64	无符号整数
float32, float64	浮点数
string	字符串
time, duration	时间与时长
其他消息类型	引用已有消息（例如：`geometry_msgs/Pose`）
数组类型	在类型后加中括号，例如：`float64[] values`

四、ROS 常用标准消息类型

ROS 已定义了许多常用的标准消息包，便于开发者直接使用。

1. std_msgs 标准类型

最基础的消息类型，主要用于简单数据传输。

常见类型：

消息类型	说明
`std_msgs/Bool`	布尔值
`std_msgs/Int32`	32 位整数
`std_msgs/Float64`	双精度浮点
`std_msgs/String`	字符串
`std_msgs/Header`	消息头（包含时间戳和坐标系）

Header 通常用于含有时空属性的消息（如传感器数据、位姿等）。

2. geometry_msgs 几何信息类型

用于描述位置、姿态、速度等空间信息。

消息类型	说明
`geometry_msgs/Point`	表示三维坐标点（x, y, z）
`geometry_msgs/Quaternion`	四元数姿态（x, y, z, w）
`geometry_msgs/Pose`	包含 `Point` 和 `Quaternion`，描述位姿
`geometry_msgs/Twist`	线速度和角速度
`geometry_msgs/Transform`	坐标变换结构
`geometry_msgs/PoseStamped`	带时间戳的位姿信息

3. sensor_msgs 传感器数据类型

用于传输常见传感器的数据，如激光、相机、IMU 等。

消息类型	说明
`sensor_msgs/LaserScan`	激光雷达扫描数据
`sensor_msgs/Image`	图像帧数据
`sensor_msgs/Imu`	惯性测量单元数据
`sensor_msgs/PointCloud2`	点云数据
`sensor_msgs/JointState`	机械关节状态
`sensor_msgs/Range`	距离传感器数据

这类消息通常较大并包含 Header，保证时空同步性。

4. nav_msgs 导航与路径规划消息

与定位、地图、路径等相关。

消息类型	说明
`nav_msgs/Odometry`	里程计信息（位置 + 速度）
`nav_msgs/Path`	路径序列（多个 `PoseStamped`）
`nav_msgs/OccupancyGrid`	栅格地图数据
`nav_msgs/GetMap`	服务接口，获取地图

5. actionlib_msgs 动作通信相关

与 action 动作机制配套使用：

消息类型	说明
`GoalID`	动作目标标识符
`GoalStatusArray`	动作状态数组

五、自定义消息类型

在开发中，你可以创建自己的消息类型。

步骤：

在功能包中创建 msg 目录：
bash 复制代码
```
mkdir -p my_pkg/msg
```
创建消息文件：
MyData.msg
text 复制代码
```
int32 id
string name
float64[] data
```

在 package.xml 中声明依赖：

xml 复制代码

<build_depend>message_generation</build_depend>
<exec_depend>message_runtime</exec_depend>

在 CMakeLists.txt 中添加：

cmake 复制代码

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
  roscpp
  std_msgs
  message_generation
)

add_message_files(FILES MyData.msg)
generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs)
catkin_package(CATKIN_DEPENDS message_runtime)

编译并使用：
bash 复制代码
```
catkin_make
```
然后即可在代码中引用：
cpp 复制代码
```
#include "my_pkg/MyData.h"
```

六、ROS2 中的消息格式与 DDS 类型支持

ROS2 继承了 ROS1 的 .msg 格式，但底层通过 DDS（Data Distribution Service） 进行通信。

因此：

消息定义语法基本相同；
支持 .msg, .srv, .action；
编译工具从 catkin 改为 colcon + ament_cmake；
可与多语言（C++, Python, Rust）无缝互通。

在 ROS2 中创建自定义消息的流程与 ROS1 类似，只是构建系统不同。

七、总结

分类	包名	典型消息	用途
基础类型	std_msgs	String, Bool, Int32	基本通信
几何类型	geometry_msgs	Pose, Twist, Quaternion	位姿与运动描述
传感器类型	sensor_msgs	LaserScan, Image, Imu	获取环境信息
导航类型	nav_msgs	Odometry, Path, Map	定位与地图
动作类型	actionlib_msgs	GoalID, GoalStatus	任务与控制
自定义类型	用户自定义	任意结构	特定业务需求

八、附注

ROS 消息类型是通信契约 ，发布者与订阅者需使用完全一致的消息定义。
使用 rosmsg show（ROS1）或 ros2 interface show（ROS2）可查看消息结构。
借助 rostopic pub/echo 或 ros2 topic pub/echo 可在命令行调试消息。

结语：

ROS 的消息定义机制为分布式机器人系统提供了统一的数据格式标准。理解这些基础消息类型和格式，是构建机器人应用（如导航、感知、控制等）的基本功。掌握后，开发者可以轻松扩展并实现适合自己机器人架构的数据接口。