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ROS2---std_msgs基础消息包

news 来源：原创 2025/9/6 16:28:38

std_msgs 是ROS 2（Robot Operating System 2）里的基础消息包，它定义了一系列简单却常用的消息类型，为不同节点间的通信提供了基础的数据格式。

1. 消息包概述

std_msgs 包包含了多种基础消息类型，这些类型用于表示常见的数据，如布尔值、整数、浮点数、字符串、时间等。在ROS 2系统里，不同节点通过发布和订阅这些消息类型来交换数据。

2. 常见消息类型

2.1 布尔类型（`Bool`）

用于表示布尔值，即 true 或者 false。

bool data

用途：常用于开关控制、状态指示等场景。例如，控制机器人的某个功能开启或关闭，或者表示传感器是否检测到特定目标。
示例代码（Python）：

import rclpy
from rclpy.node import Node
from std_msgs.msg import Boolclass BoolPublisher(Node):def __init__(self):super().__init__('bool_publisher')self.publisher_ = self.create_publisher(Bool, 'bool_topic', 10)timer_period = 1  # secondsself.timer = self.create_timer(timer_period, self.timer_callback)self.i = 0def timer_callback(self):msg = Bool()msg.data = self.i % 2 == 0self.publisher_.publish(msg)self.get_logger().info('Publishing: "%s"' % msg.data)self.i += 1def main(args=None):rclpy.init(args=args)bool_publisher = BoolPublisher()rclpy.spin(bool_publisher)bool_publisher.destroy_node()rclpy.shutdown()if __name__ == '__main__':main()

2.2 整数类型

有符号整数：Int8、Int16、Int32、Int64 分别表示8位、16位、32位和64位有符号整数。以 Int32 为例：

int32 data

无符号整数：UInt8、UInt16、UInt32、UInt64 分别表示8位、16位、32位和64位无符号整数。以 UInt32 为例：

uint32 data

用途：可用于计数、索引、状态编码等场景。比如，统计传感器采集的数据数量，或者表示设备的状态编码。

2.3 浮点类型

Float32 和 Float64：分别表示32位和64位浮点数。以 Float32 为例：

float32 data

用途：常用于表示连续的物理量，像温度、速度、角度等。

2.4 字符串类型（`String`）

用于表示文本信息。

string data

用途：可传递文本指令、日志信息、描述性信息等。例如，发送控制指令或者记录系统的运行日志。
示例代码（Python）：

import rclpy
from rclpy.node import Node
from std_msgs.msg import Stringclass StringPublisher(Node):def __init__(self):super().__init__('string_publisher')self.publisher_ = self.create_publisher(String, 'string_topic', 10)timer_period = 1  # secondsself.timer = self.create_timer(timer_period, self.timer_callback)self.i = 0def timer_callback(self):msg = String()msg.data = 'Hello World: %d' % self.iself.publisher_.publish(msg)self.get_logger().info('Publishing: "%s"' % msg.data)self.i += 1def main(args=None):rclpy.init(args=args)string_publisher = StringPublisher()rclpy.spin(string_publisher)string_publisher.destroy_node()rclpy.shutdown()if __name__ == '__main__':main()

2.5 时间和持续时间类型

Time：表示时间点，由秒和纳秒构成。

uint32 sec
uint32 nanosec

Duration：表示时间间隔，同样由秒和纳秒构成。

int32 sec
uint32 nanosec

用途：在需要进行时间同步、时间戳记录或者计算时间间隔的场景中使用。例如，记录传感器数据的采集时间，或者计算两个事件之间的时间差。

2.6 头消息类型（`Header`）

为其他消息提供元数据，包含序列号、时间戳和坐标系ID。

uint32 seq
builtin_interfaces/Time stamp
string frame_id

seq：消息序列号，用于标识消息的顺序。
stamp：时间戳，记录消息的发布时间。
frame_id：坐标系ID，指示消息数据所在的坐标系。
用途：在多传感器融合、坐标变换等场景中，确保数据的时间一致性和空间一致性。

2.7 空消息类型（`Empty`）

不包含任何数据。

用途：通常用于触发某个动作或者事件，而不需要传递具体的数据。例如，触发一个系统的重置操作。

3. 消息使用的注意事项

3.1 数据类型匹配

在发布和订阅消息时，要保证消息类型一致，不然会引发运行时错误。

3.2 时间戳处理

对于包含时间戳的消息（如 Header 和 Time），要正确设置和处理时间戳，以保证数据的时间一致性。

3.3 坐标系管理

使用 Header 中的 frame_id 时，要确保坐标系的定义和使用是正确的，避免坐标变换出错。

4. 消息的编译和使用流程

4.1 消息定义

在 .msg 文件里定义消息类型，例如 Bool.msg：

bool data

4.2 消息编译

在 package.xml 中添加依赖：

<build_depend>rosidl_default_generators</build_depend>
<exec_depend>rosidl_default_runtime</exec_depend>

在 CMakeLists.txt 中配置消息编译：

find_package(ament_cmake REQUIRED)
find_package(rosidl_default_generators REQUIRED)rosidl_generate_interfaces(${PROJECT_NAME}"msg/Bool.msg"DEPENDENCIES builtin_interfaces
)ament_export_dependencies(rosidl_default_runtime)ament_package()

然后运行 colcon build 进行编译。

4.3 在代码中使用

在发布和订阅节点里引入相应的消息类型并使用。

5. 高级应用

5.1 消息嵌套

可以把 std_msgs 中的消息类型嵌套到自定义消息里，构建更复杂的消息结构。

5.2 消息序列化和反序列化

ROS 2会自动处理消息的序列化和反序列化，不过在某些特殊场景下，可能需要手动处理。

鉴于ROS2架构的项目中std_msgs/Header有至关重要的作用，所以下面对其进行详细介绍
在ROS 2（Robot Operating System 2）中，std_msgs/Header 消息类型同样扮演着至关重要的角色，它为其他消息提供了元数据信息，对于消息的时间同步、坐标系管理以及消息追踪等功能起着关键作用。

1. 消息定义与结构

std_msgs/Header 消息类型定义如下：

# 消息序列号
uint32 seq
# 时间戳
builtin_interfaces/Time stamp
# 坐标系ID
string frame_id

2. 各字段详细解释

2.1 序列号（`seq`）

数据类型：uint32，即无符号32位整数。
作用：该字段用于唯一标识消息的发布顺序。每次发布消息时，序列号会依次递增。它的主要用途是帮助接收方判断消息是否有丢失或乱序情况。例如，在实时性要求较高的机器人控制系统中，接收节点可以通过检查 seq 的连续性来确保消息的完整性。
使用场景：在处理大量消息流时，通过 seq 可以快速定位和识别消息的顺序，有助于调试和错误排查。

2.2 时间戳（`stamp`）

数据类型：builtin_interfaces/Time，它包含 sec（秒）和 nanosec（纳秒）两个子字段，用于精确表示时间点。
作用：记录消息发布的时间，在多传感器数据融合、运动规划和控制等场景中，时间戳是实现数据同步和时序分析的关键信息。例如，在融合激光雷达和摄像头数据时，需要根据时间戳将不同传感器的数据进行对齐。
使用场景：
- 数据同步：确保不同传感器或节点产生的数据在时间上的一致性。
- 历史数据分析：通过时间戳可以对消息进行排序和筛选，便于后续的分析和处理。
- 故障诊断：在排查问题时，时间戳可以帮助确定事件发生的先后顺序，辅助定位问题。

2.3 坐标系ID（`frame_id`）

数据类型：string，即字符串类型。
作用：指定消息中数据所参考的坐标系。在机器人的运动控制和环境感知中，不同的传感器和执行器可能使用不同的坐标系，通过 frame_id 可以明确数据的空间参考，方便进行坐标变换和数据融合。例如，激光雷达数据可能是在 base_link（机器人基座坐标系）下采集的，而地图数据可能是在 map（全局地图坐标系）下定义的，通过 frame_id 可以将它们统一到同一坐标系下进行处理。
使用场景：
- 坐标变换：结合ROS 2的TF（Transform）库，根据 frame_id 进行不同坐标系之间的转换。
- 可视化：在RViz等可视化工具中，根据 frame_id 正确显示数据的位置和姿态。
- 多机器人协作：在多机器人系统中，不同机器人可能使用不同的坐标系，frame_id 有助于区分和协调各机器人的数据。

3. 代码示例

以下是一个使用Python和ROS 2的示例，展示如何创建和使用 Header 消息：

import rclpy
from rclpy.node import Node
from std_msgs.msg import Header
from builtin_interfaces.msg import Time
import timeclass HeaderPublisher(Node):def __init__(self):super().__init__('header_publisher')self.publisher_ = self.create_publisher(Header, 'header_topic', 10)timer_period = 1  # secondsself.timer = self.create_timer(timer_period, self.timer_callback)self.seq = 0def timer_callback(self):header = Header()header.seq = self.seqcurrent_time = self.get_clock().now().to_msg()header.stamp = current_timeheader.frame_id = 'base_link'self.publisher_.publish(header)self.get_logger().info(f'Publishing Header: seq={header.seq}, stamp={header.stamp}, frame_id={header.frame_id}')self.seq += 1def main(args=None):rclpy.init(args=args)header_publisher = HeaderPublisher()rclpy.spin(header_publisher)header_publisher.destroy_node()rclpy.shutdown()if __name__ == '__main__':main()

4. 使用注意事项

4.1 时间戳设置

在实际应用中，要确保 stamp 字段的时间准确，建议使用ROS 2提供的时钟接口（如 get_clock().now()）来获取当前时间，避免手动设置可能导致的时间不一致问题。

4.2 坐标系命名规范

frame_id 应遵循ROS 2的命名约定，通常使用小写字母、数字和下划线，避免使用特殊字符。常见的坐标系名称包括 base_link（机器人基座坐标系）、map（全局地图坐标系）等。

4.3 序列号管理

seq 字段由发布节点负责维护和递增，接收节点可以通过比较序列号来检测消息丢失或乱序情况。

5. 应用场景

5.1 多传感器融合

在机器人同时配备激光雷达、摄像头、IMU等多种传感器的情况下，不同传感器采集的数据可能具有不同的时间戳和坐标系。通过 Header 消息，可以将这些数据在时间和空间上进行统一，从而实现更准确的环境感知和决策。

5.2 运动规划与控制

在机器人的运动规划和控制过程中，需要实时获取机器人的位置、姿态等信息。Header 消息中的时间戳和坐标系ID可以帮助控制系统准确地跟踪机器人的状态，确保运动的精确性和稳定性。

5.3 日志记录与调试

在开发和调试过程中，Header 消息可以作为重要的日志信息，记录消息的发布顺序、时间和坐标系等关键信息，有助于快速定位和解决问题。

综上所述，std_msgs/Header 消息类型在ROS 2中是一个基础且重要的组成部分，它为消息传递提供了必要的元数据，对于实现机器人系统的高效运行和数据处理起着不可或缺的作用。

倏忽温风至，因循小暑来。
竹喧先觉雨，山暗已闻雷。 —元稹

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文章目录交易服务1.1.创建项目1.2.引入依赖1.3.创建交易服务启动类1.4.创建并编写配置文件1.5.代码连接池4.2.1.引入依赖4.2.2.开启连接池抽取Feign客户端 1.6.抽取ItemClient接口1.7.抽取CartClient接口改造OrderServiceImpl扫描包 1.8.数据库1.9.配置启动项1.10.测试以拆分…...

编程日记 2025/8/27 6:36:04

vue入门：计算属性computer监听器watch

文章目录计算属性computer定义计算属性在模板中使用计算属性计算属性的使用场景监听器watch基本语法深度监听立即执行监听数组异步操作数据校验副作用处理清理监听器 watch 与 computed 的区别计算属性computer 在 Vue 中，计算属性（computed&#xf…...

编程日记 2025/9/6 12:31:58

Jenkins 发送钉钉消息

这里不介绍 Jenkins 的安装，可以网上找到很多安装教程，重点介绍如何集成钉钉消息。需要提前准备钉钉机器人的 webhook 地址。（网上找下，很多教程） 下面开始配置钉钉机器人，登录 Jenkins，下载 …...

编程日记 2025/9/3 14:54:52

numpy练习

生成一个2行3列随机整数二维数组a使用Numpy方法对（1）中数组a进行整体求积使用Numpy方法对（1）中数组a进行求每列最大值索引定义一个NumPy一维数组 b，元素为 1 到 10 的整数获取（4）数组b中最后五个…...

编程日记 2025/9/5 10:30:40

Ethers.js 开发入门：核心功能、最佳实践与避坑指南

引言 Ethers.js 是当前 Web3 开发领域增长最快、备受开发者青睐的以太坊 JavaScript 库之一。在本篇文章中，我们将介绍 Ethers.js 的核心功能和用法，包括如何连接区块链节点、与钱包交互、读取智能合约数据、发送交易等。同时，我们还将分享使…...

编程日记 2025/9/1 20:51:19