机器人操作系统ROS浅析

一、ROS简介

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。ROS就像手机界的安卓，电脑中的微软；ROS虽然叫操作系统，但是真正底层的任务调度、编译、寻址等任务还是由Linux操作系统完成，也就是ROS充其量是一个运行在Linux上的次级操作系统。

可以看某公司对ROS机器人算法工程师的要求：
（1）有机器人导航算法工作经验
（2）熟练掌握Slam机器人导航，实现建图、定位等功能；
（3）熟练使用ROS框架操控；
（4）熟练Linux系统、python和C++；
（5）扎实的数学功底。

ROS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。

• 计算机的操作系统将计算机硬件封装起来，而应用软件运行在操作系统之上，不用管计算机具体应用的是什么类型的硬件产品。这能大大提高软件开发效率（否则大家只能都写汇编了）。

• 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。

二、学习路径

ROS主要编程语言是C++和python。
（1）ROS官方文档：http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials
（2）中文版ROS教程：http://wiki.ros.org/cn/ROS/Tutorials（初级学前20讲）
（3）大佬的ROS学习笔记
（4）中科院ROS入门课程
（5）补充中。

三、ROS的核心概念

3.1 ROS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。
　　

（1）节点Node——执行单元

• 执行具体任务的进程、独立运行的可执行文件；
• 不同节点可使用不同的编程语言，可分布式运行在不同的主机；
• 节点在系统中的名称必须是唯一的

（2）节点管理器 （ROS Master）—— 控制中心

• 为节点提供命名和注册服务；

• 跟踪和记录话题/服务通信，辅助节点相互查找、建立连接；

• 提供参数服务器，节点使用此服务器存储和检索运行时的参数。

  

3.2 话题通信

• 话题（Topic）—— 异步通信机制
  • 节点间用来传输数据的重要总线；
  • 使用发布/订阅模型，数据由发布者传输到订阅者，同一个话题的订阅者或发布者可以不唯一。
• 消息（Message）—— 话题数据
  • 具有一定的类型和数据结构，包括ROS提供的标准类型和用户自定义类型；
  • 使用编程语言无关的.msg文件定义，编译过程中生成对应的代码文件。

3.2 服务通信

服务（Service）—— 同步通信机制

• 使用客户端/服务器（C/S）模型，客户端发送请求数据，服务器完成处理后返回应答数据；
• 使用编程语言无关的.srv文件定义请求和应答数据结构，编译过程中生成对应的代码文件。

3.3 文件系统

• 功能包（Package） ：ROS软件中的基本单元，包含节点源码、配置文件、数据定义等
• 功能包清单（Package manifest）：记录功能包的基本信息，包含作者信息、许可信息、依赖选项、编译标志等
• 元功能包（Meta Packages）：组织多个用于同一目的功能包

Reference

[1] https://www.cnblogs.com/qqfly/p/5851382.html
[2] ROS入门：https://zhuanlan.zhihu.com/p/26007106