前言

本文采用的是六轴imu，但九轴或十轴的imu方法类似，系统是ubuntu20，ros2是foxy版本。

1.安装串口驱动

ubuntu自带的串口驱动版本比较老，一般来说都用不了，安装对应版本的串口驱动，可以参考下面文章：

https://blog.csdn.net/qq_43222384/article/details/125998345?spm=1001.2014.3001.5506

安装过程遇到的问题可以参考下面这篇文章(本人也是根据这篇文章解决安装后识别不了串口的问题)：

https://blog.csdn.net/zym787/article/details/128854952?spm=1001.2014.3001.5506

成功安装后也可以用cuecom看下有无收到数据（看完记得把cuecom关了，不然影响后续的调试），cuecom安装命令：

sudo apt install cutecom

前面的步骤完成后，可以在终端输入下面指令查看映射的串口号：

ls /dev/ttyUSB*

串口号后续我们需要使用，一般来说是返回/dev/ttyUSB0

2.安装ros2-serial

这个是串口字符数据转发到标准ROS2通信的库，安装步骤如下：

git clone https://github.com/RoverRobotics-forks/serial-ros2.git
cd serial-ros2
mkdir build
cd build
cmake ..
make
sudo make install

3.创建工作空间

先创建文件架，编译一个空的工作空间：

mkdir -p ~/imu_test_ws/src
cd ~/imu_test_ws
colcon build

再创建一个基于c++功能包，用于解析和读取imu数据：

ros2 pkg create --build-type ament_cmake imu_get

在imu_get功能包下的src文件夹里面创建下面三个文件后续在里面编写代码：

sudo gedit transform.hpp
sudo gedit publisher_imu.cpp
sudo gedit sub_imu.cpp

transform.hpp文件用于解析从imu受到的原始数据，publisher_imu.cpp用于发布imu数据的相关话题，sub_imu.cpp用于订阅话题。

接下来，我们就要编写三个文件里面的代码了。

4.编写transform.hpp

在coding之前，我们需要看一下imu的协议说明，大部分imu的协议都是大同小异的，只要能看明白一个型号的imu协议，其他型号也大差不差。我的imu协议说明如下：

这里以加速度为例，角度度和角度同理。一个完整的数据帧有11个字节，我们首先要读到协议头，以确保我们获取到一段完整的数据帧，然后识别数据类型，最后在根据协议给出的说明获取需要的数据，温度数据我这里没有用到，所以只对加速度数据的六个字节进行位运算。transform.hpp的代码如下：

#include <string>
#include <ctype.h>
#include <float.h>
#include <math.h>
class transform_imu
{
private:
    char *stcTime;
    char *stcAcc;
    char *stcGyro;
    char *stcAngle;

public:
    struct Acc
    {
        double x;
        double y;
        double z;
    }acc{0,0,0};
    struct Gyro
    {
        double x;
        double y;
        double z;
    }gyro{0,0,0};
    struct Angle
    {
        double r;
        double p;
        double y;
    }angle{0,0,0};
    
/*public:
    transform_imu(double,double,double);
    //构造函数,也可尝试用初始化列表方式*/

    void FetchData(auto &data, int usLength)
{   
    int index = 0;
    //char *pData_head = data;
    //printf("count%x\n",*pData_head); 
    printf("%x\n",data[index]);
    printf("count%d\n",usLength); 
    while (usLength >= 11)//一个完整数据帧11字节
    {
        printf("%x\n",data[index + 1]);        
        if (data[index] != 0x55)//0x55是协议头
        {
            index++;//指针(/索引)后移，继续找协议头
            usLength--;
            continue;
        }
        //for(int i = 0;i < 1000;i++){printf("once\n");}
        if(data[index + 1] == 0x50) //time
        {
            stcTime = &data[index + 2];
            //memcpy(&stcTime, &data[index + 2], 8);
        }    
        else if(data[index + 1] == 0x51) //加速度
        {
            stcAcc = &data[index + 2];
            //memcpy(&stcAcc, &pData_head[index + 2], 8);
            acc.x = ((short)((short)stcAcc[1]<<8 | stcAcc[0])) / 32768.00 * 16 * 9.8;
            acc.y = ((short)((short)stcAcc[3]<<8 | stcAcc[2])) / 32768.00 * 16 * 9.8;
            acc.z = ((short)((short)stcAcc[5]<<8 | stcAcc[4])) / 32768.00 * 16 * 9.8;
        }
        else if(data[index + 1] == 0x52)
        {
            stcGyro = &data[index + 2];
            //memcpy(&stcGyro, &pData_head[index + 2], 8);
            gyro.x = ((short)((short)stcGyro[1]<<8 | stcGyro[0])) / 32768.00 * 2000 / 180 * M_PI;//弧度制
            gyro.y = ((short)((short)stcGyro[3]<<8 | stcGyro[2])) / 32768.00 * 2000 / 180 * M_PI;
            gyro.z = ((short)((short)stcGyro[5]<<8 | stcGyro[4])) / 32768.00 * 2000 / 180 * M_PI;
        }   
        else if(data[index + 1] == 0x53)
        {
            stcAngle = &data[index + 2];
            //memcpy(&stcAngle, &pData_head[index + 2], 8);
            angle.r = ((short)((short)stcAngle[1]<<8 | stcGyro[0])) / 32768.00 * M_PI;
            angle.p = ((short)((short)stcAngle[3]<<8 | stcGyro[2])) / 32768.00 * M_PI;
            angle.y = ((short)((short)stcAngle[5]<<8 | stcGyro[4])) / 32768.00 * M_PI; 
        }
 
      /*case 0x54: //磁力计
            memcpy(&stcMag, &pData_head[2], 8);
            mag.x = stcMag[0];
            mag.y = stcMag[1];
            mag.z = stcMag[2];*/
        //这里我一开始用switch case的写法    
      /*case 0x59: //四元数
            memcpy(&stcQuat, &pData_head[2], 8);
            quat.w = stcQuat[0] / 32768.00;
            quat.x = stcQuat[1] / 32768.00;
            quat.y = stcQuat[2] / 32768.00;
            quat.z = stcQuat[3] / 32768.00;*/
            
            //这个型号imu传感器6轴，暂时不启用这些读取
            //default:printf("over\n");
        
        printf("over\n");
        usLength = usLength - 11;
        index += 11;
    
    }
}

};

上面printf的内容是我调试用的，不需要可以注释掉。一开始我使用传地址的方式，传入函数的参数一个强制转换为(char*)类型的数组名，内参是一个char指针变量，但发布节点运行到函数内解析数据的代码就挂掉了，无任何提示，所以我这里换了一种写法，后续无bug，但也没想白之前的写法有什么问题，有想法的bro可以交流以下。

ok，跳过题外话，我们接下来编写发布节点。

5.编写publisher_imu.cpp

publisher_imu.cpp的代码如下：

#include <chrono>
#include <math.h>
#include "serial/serial.h" //前面安装的ROS2内置串口包
#include <memory.h>
#include "std_msgs/msg/string.hpp"
#include "sensor_msgs/msg/magnetic_field.hpp"
//#include "geometry_msgs/msg/detail/vector3__struct.hpp"
#include "sensor_msgs/msg/imu.hpp"
#include "tf2/LinearMath/Quaternion.h"
#include "tf2_ros/transform_broadcaster.h"
#include "tf2_ros/static_transform_broadcaster.h"
#include "nav_msgs/msg/odometry.hpp"
#include <string>
#include "rclcpp/rclcpp.hpp"

#include "transform.hpp"

serial::Serial ser;

using namespace std::chrono_literals;

class publisher_imu_node : public rclcpp::Node// 节点命名与类最好一致
{
public:
    std::string port;
    int baudrate;
    std::string imu_topic;
    std::string imu_offline_topic;
    transform_imu imu_fetch; // 初始值设为0
public:
    publisher_imu_node()
        : Node("publisher_imu_node")
    {
        int output_hz = 20; // 频率，看传感器说明书
        // timer_ms = millisecond(output_hz);
        std::chrono::milliseconds timer_ms{output_hz}; //  换算成ms
        port = "/dev/ttyUSB0";                         // 串口号，主机可查看
        baudrate = 9600;                               // 波特率，imu在波特率115200返回数据时间大概是1ms,9600下大概是10ms，看imu参数设置
        try
        {
            ser.setPort(port);
            ser.setBaudrate(baudrate);
            serial::Timeout to = serial::Timeout::simpleTimeout(500);
            ser.setTimeout(to);
            ser.open();
        }
        catch (serial::IOException &e)
        {
            RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Unable to open port ");
            return;
        }

        if (ser.isOpen())
        {
            RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Serial Port initialized");
        }
        else
        {
            RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Serial Port ???");
            return;
        }

        pub_imu = this->create_publisher<sensor_msgs::msg::Imu>("/imu_data", 20);
        //<sensor_msgs::msg::Imu>消息数据类型可自行查看对应文件，消息队列长度设20
        pub_imu_offline = this->create_publisher<sensor_msgs::msg::Imu>("/imu_offline_data", 20);
        // 这里创建了两个话题，一个是/imu_data，一个是/imu_offline_data

        // imu = transform_imu();//初始化对象
        //  ser.flush();
        //  int size;
        printf("Process working_1\n");
        timer_ = this->create_wall_timer(500ms, std::bind(&publisher_imu_node::timer_callback, this));//std::chrono::milliseconds timer_ms{output_hz}; //  换算成ms
        printf("Process working_2\n");   
    }

public:
    void timer_callback()
    {
        int count = ser.available(); // 读取到缓存区数据的字节数
        if (count != 0)
        {
            // ROS_INFO_ONCE("Data received from serial port.");
            int num;
            rclcpp::Time now = this->get_clock()->now(); // 获取时间戳
            std::vector<unsigned char> read_buf(count);//这里定义无符号，是应为read函数的形参是无符号
            //unsigned char read_buf[count];   // 开辟数据缓冲区，注意这里是无符号类型
            num = ser.read(&read_buf[0], count); // 读出缓存区缓存的数据，返回值为读到的数据字节数

            std::vector<char> read_buf_char(count);//vector转char类型
            for(int i = 0;i < count;i++)
            {
                read_buf_char[i] = (char)read_buf[i];
            }
            imu_fetch.FetchData(read_buf_char, num);
            sensor_msgs::msg::Imu imu_data;         //
            sensor_msgs::msg::Imu imu_offline_data; //
            //------------------imu data----------------
            imu_data.header.stamp = now;
            imu_data.header.frame_id = "imu_frame";

            imu_data.linear_acceleration.x = imu_fetch.acc.x;
            imu_data.linear_acceleration.y = imu_fetch.acc.y;
            imu_data.linear_acceleration.z = imu_fetch.acc.z;

            imu_data.angular_velocity.x = imu_fetch.angle.r * 180.0 / M_PI;
            imu_data.angular_velocity.y = imu_fetch.angle.p * 180.0 / M_PI;
            imu_data.angular_velocity.z = imu_fetch.angle.y * 180.0 / M_PI;//数据结构里没有储存欧拉角的变量名称，用angular_velocity.z凑合

            tf2::Quaternion curr_quater;
            curr_quater.setRPY(imu_fetch.angle.r, imu_fetch.angle.p, imu_fetch.angle.y);
            // 欧拉角换算四元数
            RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Publishing: '");
            //RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "angle: x=%f, y=%f, z=%f",imu.angle.r, imu.angle.p, imu.angle.y);

            imu_data.orientation.x = curr_quater.x();
            imu_data.orientation.y = curr_quater.y();
            imu_data.orientation.z = curr_quater.z();
            imu_data.orientation.w = curr_quater.w();
            // RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Quaternion: x=%f, y=%f, z=%f, w=%f",
            //   imu_data.orientation.x, imu_data.orientation.y, imu_data.orientation.z, imu_data.orientation.w);

            //---------------imu offline data--------------
            imu_offline_data.header.stamp = now;
            // imu_offline_data.header.frame_id = imu_frame;

            imu_offline_data.linear_acceleration.x = imu_fetch.acc.x;
            imu_offline_data.linear_acceleration.y = imu_fetch.acc.y;
            imu_offline_data.linear_acceleration.z = imu_fetch.acc.z;

            imu_offline_data.angular_velocity.x = imu_fetch.gyro.x;
            imu_offline_data.angular_velocity.y = imu_fetch.gyro.y;
            imu_offline_data.angular_velocity.z = imu_fetch.gyro.z;

            imu_offline_data.orientation.x = curr_quater.x();
            imu_offline_data.orientation.y = curr_quater.y();
            imu_offline_data.orientation.z = curr_quater.z();
            imu_offline_data.orientation.w = curr_quater.w();

            pub_imu->publish(imu_data);
            pub_imu_offline->publish(imu_offline_data); // 发布话题，往两个话题放数据
        }
    }
    rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_;
    rclcpp::Publisher<sensor_msgs::msg::Imu>::SharedPtr pub_imu;
    rclcpp::Publisher<sensor_msgs::msg::Imu>::SharedPtr pub_imu_offline;
};

int main(int argc, char *argv[])
{
    rclcpp::init(argc, argv);
    rclcpp::spin(std::make_shared<publisher_imu_node>()); // 单线程，调用所有可触发的回调函数，将进入循环，不会返回
    printf("Process exit\n");
    rclcpp::shutdown();
    return 0;
}

这里需要注意的是，sensor_msgs::msg::Imu数据类型里面没有储存角度的变量名(如果没看错的话，大火可以自己点进去看看)，所以我把欧拉角放进imu_data.angular_velocity里面。

6.编写sub_imu.cpp

写订阅话题的节点就比较简单，代码如下：

#include <memory>
#include "std_msgs/msg/string.hpp"
#include "sensor_msgs/msg/imu.hpp"
#include "sensor_msgs/msg/magnetic_field.hpp"

#include "tf2/LinearMath/Quaternion.h"
#include "tf2_ros/transform_broadcaster.h"
#include "tf2_ros/static_transform_broadcaster.h"
#include "nav_msgs/msg/odometry.hpp"
#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"
using std::placeholders::_1;

class Imu_subscriber : public rclcpp::Node
{
  public:
    Imu_subscriber()
    : Node("sub_imu_node")
    {
      subscription_1 = this->create_subscription<sensor_msgs::msg::Imu>(
      "/imu_data", 20, std::bind(&Imu_subscriber::topic_callback, this, _1));
      subscription_2 = this->create_subscription<sensor_msgs::msg::Imu>(
      "/imu_offline_data", 20, std::bind(&Imu_subscriber::topic_callback, this, _1));
    }//创建接收信息节点

  private:
    void topic_callback(const sensor_msgs::msg::Imu::SharedPtr imu_msg) const//注意上面有两次回调，所以打印出来/imu_data之后就是/imu_data_offline
    {
      RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "加速度(x,y,z): '%lf''%lf''%lf'", imu_msg->linear_acceleration.x,
      imu_msg->linear_acceleration.y,imu_msg->linear_acceleration.z);
      RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "欧拉角(r,p,y): '%lf''%lf''%lf'", imu_msg->angular_velocity.x,
      imu_msg->angular_velocity.y,imu_msg->angular_velocity.z);//指针类型要用->
    }
    rclcpp::Subscription<sensor_msgs::msg::Imu>::SharedPtr subscription_1;
    rclcpp::Subscription<sensor_msgs::msg::Imu>::SharedPtr subscription_2;
};



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

7.CMakelist.txt和xml文件的配置

CMakelist.txt和package.xml文件的配置如下：

cmake_minimum_required(VERSION 3.5)
project(imu_get)

# Default to C99
if(NOT CMAKE_C_STANDARD)
  set(CMAKE_C_STANDARD 99)
endif()

# Default to C++14
if(NOT CMAKE_CXX_STANDARD)
  set(CMAKE_CXX_STANDARD 14)
endif()

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)
find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(std_msgs REQUIRED)
find_package(serial REQUIRED)
find_package(sensor_msgs REQUIRED)
find_package(rosidl_default_generators REQUIRED)
#find_package(geometry_msgs)
find_package(nav_msgs REQUIRED)
find_package(tf2_ros REQUIRED)
find_package(tf2_msgs REQUIRED)
find_package(tf2_geometry_msgs REQUIRED)
# uncomment the following section in order to fill in
# further dependencies manually.
# find_package(<dependency> REQUIRED)

add_executable(publisher_imu_node src/publisher_imu.cpp src/transform.hpp)
ament_target_dependencies(publisher_imu_node rclcpp std_msgs)
ament_target_dependencies(publisher_imu_node rclcpp serial)
ament_target_dependencies(publisher_imu_node rclcpp sensor_msgs)
ament_target_dependencies(publisher_imu_node rclcpp rosidl_default_generators)
ament_target_dependencies(publisher_imu_node rclcpp nav_msgs)
ament_target_dependencies(publisher_imu_node rclcpp tf2_ros)
ament_target_dependencies(publisher_imu_node rclcpp tf2_msgs)
ament_target_dependencies(publisher_imu_node rclcpp tf2_geometry_msgs)

install(TARGETS
  publisher_imu_node
  DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})

add_executable(sub_imu_node src/sub_imu.cpp)
ament_target_dependencies(sub_imu_node rclcpp std_msgs)
ament_target_dependencies(sub_imu_node rclcpp std_msgs)
ament_target_dependencies(sub_imu_node rclcpp serial)
ament_target_dependencies(sub_imu_node rclcpp sensor_msgs)
ament_target_dependencies(sub_imu_node rclcpp rosidl_default_generators)
ament_target_dependencies(sub_imu_node rclcpp nav_msgs)
ament_target_dependencies(sub_imu_node rclcpp tf2_ros)
ament_target_dependencies(sub_imu_node rclcpp tf2_msgs)
ament_target_dependencies(sub_imu_node rclcpp tf2_geometry_msgs)
install(TARGETS
  sub_imu_node
  DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})

if(BUILD_TESTING)
  find_package(ament_lint_auto REQUIRED)
  ament_lint_auto_find_test_dependencies()
endif()

ament_package()

8.构建功能包运行并可视化

在imu_test_ws目录下执行下面命令：

colcon build --packages-select imu_get

构建成功后，我们需要对串口开放权限，再运行节点，终端输入下面命令：

sudo chmod 777 /dev/ttyUSB0

/dev/ttyUSB0是我的串口号，前面有说明如何查串口号，自行修改就行，每次运行都要授权串口。

打开两个终端，分别输入下面命令运行节点

source install/setup.bash
ros2 run imu_get publisher_imu_node

source install/setup.bash
ros2 run imu_get sub_imu_node

通过订阅话题的形式，到这里就完成了imu数据的解析与获取，如果想看到更多的数据，可以在订阅节点多打印几个变量，或打开一个新的终端输入下面命令：

ros2 topic echo /imu_data

/imu_data是话题名称，我其实还发布了一个/imu_offline_data的话题，大火可以自行修改，效果图如下：
covariance是协方差，这里是一个3x3的矩阵，我这里没有用到，注意这里imu_data.angular_velocity的xyz对应roll、pitch、yaw。

因为原生的rviz2没有可视化imu支持，所以启动rviz2之前，我们需要安装rviz_imu_plugin插件，安装方式：

sudo apt-get install ros-foxy-imu-tools

上面foxy是我的ros2版本，把命令替换成你使用的版本酒醒。安装完成之后在新的终端输入：

rviz2

ros2打开rviz的命令比ros要简洁一些。打开之后输入frame_id，这个在发布节点的cpp文件里面定义了，这个大火可以自定义。

然后点击下方的add选择imu类型

最后输入话题名称就能实时地可视化了，方块会随着imu的姿态变化而变化

本文到这里就结束了，希望能对你有帮助^^。