什么是ROS

        ROS是Robot Operating System的缩写，原本是斯坦福大学的一个机器人项目，后来由Willow Garage公司发展，目前由OSRF（Open Source Robotics Foundation, Inc）公司维护的开源项目。

1、首先是一个操作系统

根据wikipedia定义，OS is system software that manages computer hardware and software resources and provides common services for computer programs。也就是说操作系统是用来管理计算机硬件与软件资源，并提供一些公用的服务的系统软件。而ROS也自称是一个OS。

同理，ROS则是对机器人的硬件进行了封装，不同的机器人、不同的传感器，在ROS里可以用相同的方式表示（topic等），供上层应用程序（运动规划等）调用。

2、是一种跨平台模块化软件通讯机制

ROS用节点（Node）的概念表示一个应用程序，不同node之间通过事先定义好格式的消息（Topic），服务（Service），动作（Action）来实现连接。
△ROS分布特点
△三种通讯方式的特点

三种通讯方式的优缺点可看上表，由于很多模块化编程工具都有类似功能，这里就不具体展开了。

基于这种模块化的通讯机制，开发者可以很方便地替换、更新系统内的某些模块；也可以用自己编写的节点替换ROS的个别模块，十分适合算法开发。

此外，ROS可以跨平台，在不同计算机、不同操作系统、不用编程语言、不同机器人上使用。

3、是一系列开源工具

 

△几种ROS工具示意图：左上rqt_plot，右上rqt_graph，左下Rviz，右下TF

如上图所示，ROS为开发者提供了一系列非常有用的工具，可以大大提高我们开发的效率。

rqt_plot：可以实时绘制当前任意Topic的数值曲线；

rqt_graph：可以绘制出各节点之间的连接状态，和正在使用的Topic等；

TF：TF是Transform的简写，利用它，我们可以实时知道各连杆坐标系的位姿，也可以求出两个坐标系的相对位置。

Rviz：超强大的3D可视化工具，可以显示机器人模型、3D电影、各种文字图标、也可以很方便二次开发；
△在Rviz里显示机器人模型、3D点云、物体模型等
△在Rviz里也可以实现方便交互功能

除此之外，ROS还有很多其他有用的开源工具等待大家探索。

4、是一系列最先进的算法

△ROS包含许多先进的机器人开源项目

除了ROS之外，世界上已经有很多非常优秀的机器人开源项目，但是ROS正逐渐将它们一一囊括在自己的范畴里。例如：

PS：我跟ROS的其他几个开发者也正在努力将LinuxCNC整合进ROS

OROCOS：这个开源项目主要侧重于机器人底层控制器的设计，包括用于计算串联机械臂运动学数值解的KDL、贝叶斯滤波、实时控制等功能。

OpenRave：这是在ROS之前最多人用来做运动规划的平台，ROS已经将其中的ikfast（计算串联机械臂运动学解析解）等功能吸收。

Player：一款优秀的二维仿真平台，可以用于平面移动机器人的仿真，现在在ROS里可以直接使用。

OpenCV：大名鼎鼎的机器视觉开源项目，ROS提供了cv_bridge，可以将OpenCV的图片与ROS的图片格式相互转换。

OMPL：现在最著名的运动规划开源项目，已经成了MoveIt的一部分。

Visp：一个开源视觉伺服项目，已经跟ROS完美整合。

Gazebo：一款优秀的开源仿真平台，可以实现动力学仿真、传感器仿真等，也已被ROS吸收。
△左下角gazebo，右下角Rviz

当然，除了吸收别的优秀开源项目，ROS自己也发展出许多非常优秀的项目和库。

ORK：一个物体识别与位姿估计开源库，包含LineMod等算法，但实际使用效果还不是太理想。
△LineMod识别效果

PCL：一个开源点云处理库，原本是从ROS中发展起来的，后来由于太受欢迎，为了让非ROS用户也能用，就单独立了一个PCL的项目。

Gmapping：这其实是在OpenSlam项目继承过来的（后来发展和改动较大），利用gmapping可以实现laser-based SLAM，快速建立室内二维地图。
△gmapping建立二维地图

Localization：基于扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF）的机器人定位算法，可以融合各种传感器的定位信息，获得较为准确的定位效果。

 

△robot_localization示意图

Navigation：基于Dijkstra、A*算法（全局规划器）和动态窗口法DWA（局部规划器）的移动机器人路径规划模块，可以在二维地图上实现机器人导航。
△navigation示意图

MoveIt：这个是专注于移动机械臂运动规划的模块，下次讲运动规划入门的时候再详细介绍它。
△MoveIt对UR5进行运动规划

当然，除了这些最先进算法外，ROS还有各种机器人、传感器驱动等内容。