SLAM+语音机器人DIY系列：（二）ROS入门——1.ROS是什么

2022-11-02 17:45:07

摘要

ROS机器人操作系统在机器人应用领域很流行，依托代码开源和模块间协作等特性，给机器人开发者带来了很大的方便。我们的机器人“miiboo”中的大部分程序也采用ROS进行开发，所以本文就重点对ROS基础知识进行详细的讲解，给不熟悉ROS的朋友起到一个抛砖引玉的作用。本章节主要内容：

1.ROS是什么

2.ROS系统整体架构

3.在ubuntu16.04中安装ROS kinetic

4.如何编写ROS的第一个程序hello_world

5.编写简单的消息发布器和订阅器

6.编写简单的service和client

7.理解tf的原理

8.理解roslaunch在大型项目中的作用

9.熟练使用rviz

10.在实际机器人上运行ROS高级功能预览

1.ROS是什么

（图1）ROS的图标

ROS是一个适用于机器人的开源的元操作系统。其实它并不是一个真正的操作系统，其底层的任务调度、编译、寻址等任务还是由Linux操作系统完成，也就是说ROS实际上是运行在Linux上的次级操作系统。但是ROS提供了操作系统应用的各种服务（如：硬件抽象、底层设备控制、常用函数实现、进程间消息传递、软件包管理等），也提供了用于获取、编译、跨平台运行代码的工具和函数。ROS主要采用松耦合点对点进程网络通信，目前主要还是支持Ubuntu系统，windows和Mac OS目前支持的还不好，所以推荐在Ubuntu系统上安装使用ROS。

1.1.ROS的特性

（图2）ROS的特性

总结起来就是，使用ROS能够方便迅速的搭建机器人原型。ROS使用了BSD许可证，这是一个很宽松的开放许可证，允许在商业和闭源产品中使用，这一点对开发产品的创业公司很重要。ROS当前的代码统计量，总行数超过1400万，作者超过2477名。代码语言以C++为主，63.98%的代码是用C++编写的，排名第二的是python，占13.57%，可以说ROS基本上都是使用这两种语言，来实现大部分的功能。

1.2.ROS的结构

这里主要从四个方面来解读ROS的结构，设计思想、核心概念、核心模块、核心工具。

ROS的设计思路主要是分布式架构，将机器人的功能和软件做成一个个节点，然后每个节点通过topic进行沟通，这些节点可以部署在同一台机器上，也可以部署在不同机器上，还可以部署在互联网上。

ROS的核心概念主要是节点和用于节点间通信的话题与服务。管理器Master管理节点与话题之间通信的过程，并且还提供一个参数服务用于全局参数的配置。ROS通过功能包集stack和功能包package来组织代码。

ROS的核心模块包括：通信结构基础、机器人特性功能、工具集。通信结构基础主要是消息传递、记录回放消息、远程过程调用、分布式参数系统；机器人特性功能主要是标准机器人消息、机器人几何库、机器人描述语言、抢占式远程过程调用、诊断、位置估计、定位导航；工具集主要是命令式工具、可视化工具、图形化接口。

ROS核心工具很丰富，ROS常用命令工具是rostopic、rosservice、rosnode、rosparam、rosmsg、rossrv、roswtf；ROS常用可视化工具是rqt、rviz；ROS用于存储与回放数据的工具rosbag；ROS的log系统记录软件运行的相关信息；ROS还拥有强大的第三方工具支持：三维仿真环境Gazebo、计算机视觉库OpenCV、点云库PCL、机械臂控制库MoveIt、工业应用库Industrial、机器人编程工具箱MRPT、实时控制库Orocos。