ROS基本介绍

近来找到的实习主要是做智能车控制，用到的也就是ROS机器人操作系统，ROS需要运行在一个操作系统上，这个操作系统常用的就是Linux，而公司用的就是Ubuntu，所以Ubuntu-ROS组合就是实习的主要学习内容了。所以我就新开了一个坑，网络上ROS的资源很丰富，我在此只是用以分享学习笔记。

1. ROS基本介绍

ROS是主流的机器人操作系统

官方将ROS解释为框架、工具、功能和社区。

ROS实际上相当于一个 软件工具集 ，采用分布式框架，通信框架是其主要组成部分，可将多个单独设计的进程（节点）组合起来并同时运行。

各节点可实现各种不同的功能，并通过ROS这一桥梁实现相互通信。这样的特点使其拓展性好，复用率高，极大地提高了庞大和冗杂的机器人设计过程的效率。

ROS能给开发人员提供可视化界面工具，包含诸如Gazebo、Rviz等用于仿真和调试的基本工具，以及各种基础程序包（控制、路径、规划等），只需在其上设计所要实现的特殊功能的部分并将它们组合起来即可。

2. 为什么选择Ubuntu系统

软件是机器人的核心。

机器人应用软件需要运行在一个操作系统上， 该操作系统可以提供与机器人作动器和传感器通信的功能 。基于Linux的操作系统在与底层硬件交互的过程中具有极大的灵活性，并且提供相关许可允许用户根据机器人应用对其进行修改。在这种应用背景下，Ubuntu快速响应能力、轻量级属性及高度安全性的优点得以展现。

当前，Ubuntu-ROS组合已成为机器人编程的一个理想选择。

3. ROS框架

从根本上说，ROS是两个程序或进程间通信的框架。

For example，如果程序A想要向程序B发送数据，并且程序B也想要向程序A发送数据，那么可以轻松地用ROS实现这项工作。

一个机器人可能有许多传感器、作动器和计算单元。怎样才能做到控制这么多作动器及这么多传感器数据呢？我们可以只用一个程序完成这些吗？这当然可以。但是这并不是一个好方法。

更好的解决方案是我们可以编写多个独立的程序来处理传感器数据、向作动器发送控制指令，但是这就需要在这些程序之间进行数据交换，而这恰恰就是我们使用ROS的场景。

4. ROS中两个程序之间的通信如何完成

两个程序分别被标记为节点1和节点2。当程序启动时，节点便会和名为ROS Master的ROS程序通信。节点将所有信息发给ROS Master，包括它发送和收到的消息类型、本节点路由信息等。发送信息的节点称为发布节点（Publisher Nodes），接收信息的节点称为订阅节点（Subscriber Nodes）。ROS Master拥有在计算机上正在运行的所有发送节点和接收节点的信息。如果节点1发送某个名为A的数据，而节点2正好订阅了该消息，那么ROS Master就向两个节点广播彼此的节点信息（注意：不是消息）以帮助它们建立连接，这样两个节点就可以互相通信了。

ROS节点可以彼此间互相传送不同类型的数据，这些数据可以包含像整数、浮点数、字符串等这类简单类型的数据。这些节点间相互传递的不同类型的数据称为 ROS消息（Messages） 。有了ROS消息，我们就可以在节点之间传递各种类型的数据了。这些消息通过一种类似于数据总线或者路径标识的媒介进行传播，我们称为ROS话题（Topics）。每一条话题都有自己的名字，比如一个可以传输字符串数据的名为“chatter”的话题。

如果一个ROS节点想通过话题广播消息，那么它只需要给ROS话题发送消息即可，消息中就包含了消息的数据类型（所以不用另外告知topics 数据的类型）。

图4-12中，节点1和节点2就是通过ROS话题发送和接受消息的。当ROS Master交换完两个节点的信息之后，两个节点间消息的发送和接收过程就开始了。

5. ROS中的一些名词

ROS节点（Node） ：使用ROS API进行运算的进程。

ROS主机（Master） ：连接ROS节点的媒介程序。

** ROS参数服务器（Parameter Server）** ：指通常与ROS Master一起运行的一个程序。使用者在此服务器上存储不同的参数，所有的节点都可以访问它，使用者可以设置参数的保密性。如果某个参数是公共的，那么所有节点都可以访问；但如果某个参数具有私有属性，那么只有特定的节点才可以访问这个参数。

ROS话题（Topic） ：即“总线”，ROS节点可以通过该总线发送或接收信息。一个节点可以发布或者接收任意数量的话题。

ROS消息（Message） ：消息基本上都是通过话题传送的。ROS含有许多内建的消息类型，当然使用者也可以定义他们自己的消息类型。