機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）課件 1.ROS簡(jiǎn)介

機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）ROS初識(shí)1.1機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）1.1.1ROS是什么ROS是機(jī)器人操作系統(tǒng)（RobotOperatingSystem）的英文縮寫。ROS起源于2007年斯坦福大學(xué)人工智能實(shí)驗(yàn)室的STAIR項(xiàng)目與機(jī)器人技術(shù)公司W(wǎng)illowGarage的個(gè)人機(jī)器人項(xiàng)目（PR）之間的合作，2008年之后就由WillowGarage來(lái)進(jìn)行推動(dòng)。最初人們希望設(shè)計(jì)一個(gè)可以像人一樣能夠感知，并實(shí)現(xiàn)自我控制從而完成一些復(fù)雜工作的機(jī)器人。隨著機(jī)器人領(lǐng)域的快速發(fā)展，代碼的復(fù)用性和模塊化的需求原來(lái)越強(qiáng)烈，急需一個(gè)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(kāi)源機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS，很快在機(jī)器人研究領(lǐng)域展開(kāi)了學(xué)習(xí)和使用ROS的熱潮。ROS起源發(fā)展機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）1.1.1ROS是什么ROS是用于機(jī)器人編程的開(kāi)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(qū)動(dòng)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(diào)試機(jī)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(jī)器上運(yùn)行，進(jìn)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(shí)上，ROS的主要目的就是為機(jī)器人研究和開(kāi)發(fā)提供代碼復(fù)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(dú)設(shè)計(jì)，并且在運(yùn)行時(shí)松散耦合。這些過(guò)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(kù)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(chǔ)工具實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)者將ROS表述為“ROS=Plumbing+Tools+Capabilities+Ecosystem”，即ROS是通訊機(jī)制、工具軟件包、機(jī)器人高層技能以及機(jī)器人生態(tài)系統(tǒng)的集合體。ROS的表述機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）1.1.2ROS的特點(diǎn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的設(shè)計(jì)：節(jié)點(diǎn)是ROS編程基礎(chǔ)中一個(gè)重要的概念，在ROS中每個(gè)進(jìn)程都以一個(gè)節(jié)點(diǎn)的形式運(yùn)行，可以分布于多個(gè)不同的主機(jī)。節(jié)點(diǎn)間的消息通過(guò)一個(gè)帶有發(fā)布和訂閱功能的傳輸系統(tǒng)從發(fā)布節(jié)點(diǎn)傳送到接收節(jié)點(diǎn)。這種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的設(shè)計(jì)可以分散實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能時(shí)帶來(lái)的實(shí)時(shí)計(jì)算的壓力。多語(yǔ)言支持：為了支持更多應(yīng)用的移植和開(kāi)發(fā)，ROS通信框架可以輕松地以各種現(xiàn)有的編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。ROS中使用簡(jiǎn)潔、中立的定義語(yǔ)言描述模塊之間的消息接口，同時(shí)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(yǔ)言。庫(kù)集成：ROS具有許多第三方機(jī)器人庫(kù)的接口，如開(kāi)源計(jì)算機(jī)視覺(jué)（Open-CV）、點(diǎn)云庫(kù)（PCL）、Open-NI、Open-Rave和Orocos。開(kāi)發(fā)人員可以沒(méi)有顧慮的使用這些庫(kù)。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(gè)組件直接使用，如RVIZ（3D可視化工具），開(kāi)發(fā)者根據(jù)ROS定義的接口在其中顯示機(jī)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(kāi)發(fā)：ROS是開(kāi)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(yīng)用代碼，開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)添加功能包來(lái)擴(kuò)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(jī)器人所用。機(jī)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(kāi)發(fā)人員在相對(duì)穩(wěn)定的代碼庫(kù)上工作，直到他們準(zhǔn)備好推進(jìn)所有事情。因此，一旦發(fā)布發(fā)行版，我們就會(huì)嘗試限制對(duì)核心包（ros-desktop-full下的所有內(nèi)容）的錯(cuò)誤修復(fù)和非破壞性改進(jìn)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(gè)版本。本書選擇的ROS版本是2018年發(fā)布的長(zhǎng)期支持版本ROSMelodicMorenia，這也是ROS發(fā)布的第12個(gè)版本，ROS官方稱將為該版本提供長(zhǎng)達(dá)5年的支持與服務(wù)，并保證其與Ubuntu18.04長(zhǎng)期支持版的生命周期同步。機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）本書的ROS資源1.2機(jī)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(guān)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(kāi)始后續(xù)的學(xué)習(xí)。$gitclone/FieldRoboticsLaboratory/ROS_book.git機(jī)器人