浅谈ROS基础

浅谈ROS基础内容一、ROS背景二、ROS特点三、ROS框架介绍四、ROS常用功能包五、ROS应用一、ROS背景什么是ROS?ROS历史ROS:TheRobotOperatingSystem2007年，起源于StanfordAI实验室，为了支持STAIR机器人而建立的交换庭(switchyard）项目。后又与WillowGarage公司的个人机器人项目（PersonalRobotsProgram）之间合作。2008年，主要由WillowGarage来进行推动。随着PR2那些不可思议的表现，ROS得到越来越多的关注。2010年，WillowGarage正式发布ROS1.02013年，OpenSourceRoboticsFoundation接手维护2016年，正式发布ROS2.0ROS版本PR2ROBOTROS发展现状ROS设计目标首先，在机器人研发领域提高代码复用率。其次，ROS=通信管道+工具+功能块+生态系统ROS主要功能ROS提供类似操作系统所提供的功能硬件抽象描述底层驱动程序管理共用功能的执行程序间的消息传递程序发行包管理一些工具程序和库用于获取、建立、编写和运行多机整合的程序ROS释疑ROS（RobotOperatingSystem）不是传统意义上的一种操作系统，而是一种系统软件框架该框架使用了当前最流行的面向服务（SOA）的软件技术，通过网络协议将节点间数据通信解耦。这样就能够轻松地集成不同语言不同功能的代码。ROS不是一种编程语言ROS不仅是一个函数库，除包含客户端（ClientLibraries）外，还包含一个中心服务器（CentralServer）、一系列命令行工具、图形化界面工具以及编译环境。ROS不是集成开发环境。二、ROS特点为什么选择ROS？ROS运行架构ROS的运行架构是一种使用ROS通信模块，实现模块间P2P的松耦合的网络连接的处理架构（1）点对点设计（2）多语言支持（3）精简与集成（4）工具包丰富（5）免费且开源（1）点对点设计（2）多语言支持ROS的特殊性主要体现在消息通讯层，而不是更深的层次。端对端的连接和配置利用XML-RPC机制进行实现，XML-RPC也包含了大多数主要语言的合理实现描述。每种语言的代码产生器就会产生类似本种语言目标文件，在消息传递和接收的过程中通过ROS自动连续并行的实现。（3）精简与集成ROS将复杂重复使用的驱动和算法，封装成模块。各模块中的代码可以单独编译，而且编译使用的CMake工具使它很容易的就实现精简的理念。ROS利用了很多开源项目作为模块，比如从Player项目中借鉴了驱动、运动控制和仿真方面的代码从OpenCV中借鉴了视觉算法方面的代码从OpenRAVE借鉴了规划算法的内容（4）工具包丰富使用工具仿真测试按时间戳回放记录的传感器数据和消息数据（5）免费且开源ROS所有的源代码公开发布。遵循BSD许可，允许各种商业和非商业的工程开发。ROS通过内部处理的通讯系统进行数据的传递，不要求各模块在同样的可执行功能上连接在一起。个别的模块可以包含被各种协议保护的软件，这些协议从GPL到BSD，但是许可的一些“污染物”将在模块的分解上就完全消灭掉。ROS开发平台支持最好的平台Ubuntu(14.04LTS+ROSKinetic)实验性的平台ROS支持的机器人ROS支持的传感器激光测距传感器单目双目相机RGBD相机三、ROS系统框架ROS是怎样运行的、ROS系统框架ROS系统的架构主要被设计和划分成了三部分：文件系统级（Filesystemlevel）ROS内部结构和文件计算图级（ComputationGraphlevel）进程和系统间的通信机制开源社区级（Communitylevel）共享知识、算法和代码文件系统级Manifests(manifest.xml)：提供关于Package元数据，包括它的许可信息和Package之间依赖关系，以及语言特性信息像编译旗帜（编译优化参数）。Stackmanifests(stack.xml)：提供关于Stack元数据，包括它的许可信息和Stack之间依赖关系。计算图级ROS会创建一个连接到所有进程的网络。在系统中的任何节点都可以访问此网络，并通过该网络与其他节点交互，获取其他节点发布的信息，并将自身数据发布到网络上。计算图级-主题1.消息以一种publish/subscribe的方式传递2.节点可以在给定的主题中发布/订阅消息3.一个节点可以订阅/发布多个不同的主题4.允许多个节点订阅/发布同一个主题5.订阅节点和发布节点并不知道相互之间的存在计算图级-主题计算图级-服务1.消息以一种request/reply的方式传递2.节点之间发送请求和接受应答3.一对一模式：一个请求，一个响应4.远程过程调用（remoteprocedurecall,rpc）计算图级-服务开源社区级ROS.org搭建了一个社区平台软件源不同的机构能够发布和分享各自的机器人软件与程序。多机器人系统架构四、ROS常用功能包ROS常用工具-RVIZRViz是ROS中一款强大的3D可视化工具机器人通过ROS发布数据，rviz订阅消息接收数据ROS常用工具-TFTF是ROS中的坐标变换系统，在机器人的建模仿真中经常用到。ROS中主要有两种坐标系：（1）固定坐标系：用于表示世界的参考坐标系;（2）目标坐标系：相对于摄像机视角的参考坐标系。ROS常用工具-TFROS常用工具-RQT五、ROS-TUTORIALS简单机器人仿真示例1、安装机器人模拟器arbotix2、TurtleBot机器人的模拟导入已预先写好的模拟仿真代码///‘“注意必须启动Master，才能对机器人做其他操作打开rviz工具,可以看到机器人仿真实体ROS-TUTORIALS加载了rviz的配置文件sim_fuerte.vcg，效果如图ROS-TUTORIALS此时的机器人是静止的，需要发布一个消息才能让它动起来。当前ROS1.0特性ROS1.0在通信实时性做得比较差.新发布的ROS2.0着重在通信上有做升级,效果有待验证Thanks！