機器人操作系統(tǒng)（ROS）課件 1.ROS簡介

機器人操作系統(tǒng)（ROS）機器人操作系統(tǒng)（ROS）ROS初識1.1機器人操作系統(tǒng)（ROS）1.1.1ROS是什么ROS是機器人操作系統(tǒng)（RobotOperatingSystem）的英文縮寫。ROS起源于2007年斯坦福大學人工智能實驗室的STAIR項目與機器人技術公司W(wǎng)illowGarage的個人機器人項目（PR）之間的合作，2008年之后就由WillowGarage來進行推動。最初人們希望設計一個可以像人一樣能夠感知，并實現(xiàn)自我控制從而完成一些復雜工作的機器人。隨著機器人領域的快速發(fā)展，代碼的復用性和模塊化的需求原來越強烈，急需一個能夠整合現(xiàn)有資源的框架和接口。2010年WillowGarage公司發(fā)布了開源機器人操作系統(tǒng)ROS，很快在機器人研究領域展開了學習和使用ROS的熱潮。ROS起源發(fā)展機器人操作系統(tǒng)（ROS）1.1.1ROS是什么ROS是用于機器人編程的開放、靈活的軟件框架。它提供類似操作系統(tǒng)所提供的功能，包含硬件抽象描述、底層驅動程序管理、共用功能的執(zhí)行、程序間的消息傳遞、程序發(fā)行包管理等，它也提供一些可視化和調試機器人數(shù)據(jù)的軟件工具。ROS框架的核心是消息傳遞，即使在不同的機器上運行，進程之間也可以相互通信和交換數(shù)據(jù)。ROS消息傳遞可以是同步的，也可以是異步的。事實上，ROS的主要目的就是為機器人研究和開發(fā)提供代碼復用的支持。ROS是一種分布式處理框架，這使可執(zhí)行文件能被單獨設計，并且在運行時松散耦合。這些過程可以封裝到數(shù)據(jù)包（Packages）和堆棧（Stacks）中，以便于共享和分發(fā)。ROS還支持代碼庫的聯(lián)合系統(tǒng)，使得協(xié)作亦能被分發(fā)。上述所有功能都能由ROS的基礎工具實現(xiàn)。設計者將ROS表述為“ROS=Plumbing+Tools+Capabilities+Ecosystem”，即ROS是通訊機制、工具軟件包、機器人高層技能以及機器人生態(tài)系統(tǒng)的集合體。ROS的表述機器人操作系統(tǒng)（ROS）1.1.2ROS的特點點對點的設計：節(jié)點是ROS編程基礎中一個重要的概念，在ROS中每個進程都以一個節(jié)點的形式運行，可以分布于多個不同的主機。節(jié)點間的消息通過一個帶有發(fā)布和訂閱功能的傳輸系統(tǒng)從發(fā)布節(jié)點傳送到接收節(jié)點。這種點對點的設計可以分散實現(xiàn)復雜功能時帶來的實時計算的壓力。多語言支持：為了支持更多應用的移植和開發(fā)，ROS通信框架可以輕松地以各種現(xiàn)有的編程語言實現(xiàn)。ROS中使用簡潔、中立的定義語言描述模塊之間的消息接口，同時也允許消息接口的嵌套使用。目前已經(jīng)支持Python、C++、Java、Octave和LISP等多種不同的語言。庫集成：ROS具有許多第三方機器人庫的接口，如開源計算機視覺（Open-CV）、點云庫（PCL）、Open-NI、Open-Rave和Orocos。開發(fā)人員可以沒有顧慮的使用這些庫。組件化工具包豐富：ROS可采用組件化方式集成一些工具和軟件到系統(tǒng)中并作為一個組件直接使用，如RVIZ（3D可視化工具），開發(fā)者根據(jù)ROS定義的接口在其中顯示機器人模型等，組件還包括仿真環(huán)境和消息查看工具等。協(xié)作開發(fā)：ROS是開源的，遵照的BSD許可給使用者較大的自由，允許修改和重新發(fā)布其中的應用代碼，開發(fā)人員可以通過添加功能包來擴展ROS的功能。幾乎所有的ROS包都在硬件抽象層上工作，可以輕松地為其他機器人所用。機器人操作系統(tǒng)（ROS）1.1.3ROS的發(fā)行版ROS的發(fā)行版本ROS發(fā)行版是一組版本化的ROS包，這些類似于Linux發(fā)行版（例如Ubuntu）。ROS發(fā)行版的目的是讓開發(fā)人員在相對穩(wěn)定的代碼庫上工作，直到他們準備好推進所有事情。因此，一旦發(fā)布發(fā)行版，我們就會嘗試限制對核心包（ros-desktop-full下的所有內容）的錯誤修復和非破壞性改進的更改。到2022年為止，ROS已經(jīng)發(fā)布了如表1-1所示的多個版本。本書選擇的ROS版本是2018年發(fā)布的長期支持版本ROSMelodicMorenia，這也是ROS發(fā)布的第12個版本，ROS官方稱將為該版本提供長達5年的支持與服務，并保證其與Ubuntu18.04長期支持版的生命周期同步。機器人操作系統(tǒng)（ROS）本書的ROS資源1.2機器人操作系統(tǒng)（ROS）1.2本書的ROS資源本書涉及到的代碼以及相關資料均放在GitHub中托管，鏈接：/FieldRoboticsLaboratory/ROS_book可以使用以下命令下載源碼以開始后續(xù)的學習。$gitclone/FieldRoboticsLaboratory/ROS_book.git機器人