ROS学习笔记（一）：ROS入门简明介绍（附详细注释）

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前言

关于Ubuntu与ROS的安装，可以看这两篇。

• SLAM实操入门（一）：在已有WIN10的电脑上安装Ubuntu20.04
• SLAM实操入门（二）：安装ROS Noetic并运行“小乌龟”程序

本系列主要用来记录学习ROS的相关内容，本文为ROS操作系统简明概要。

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ROS操作系统简明概要

关于ROS操作系统全面介绍的论文可以通过下方链接下载，建议看看
链接：https://pan.baidu.com/s/12W2rR8xlsId5vExiFVanVQ
提取码：8l1s

1 什么是ROS

• ROS (Robot Operating System, 机器人操作系统) 是一个适用于机器人的、开源的元操作系统；
  注：元操作系统建立在操作系统之上，且允许不同的进程（节点）在运行时相互通信。

• ROS提供了操作系统应有的服务，包括硬件抽象，底层设备控制，常用函数的实现，进程间消息传递，以及包管理；

• ROS 运行时的“蓝图”是一种基于ROS通信基础结构的松散耦合点对点进程网络。
  注：松散耦合是一种将系统或网络中的组件互连起来的方法，以便这些组件（也称为元素）在可行的范围内相互依赖。 耦合是指一个元素对另一个元素的直接了解程度。

• ROS实现了几种不同的通信方式，包括基于同步RPC样式通信的服务（services）机制，基于异步流媒体数据的话题（topics）机制以及用于数据存储的参数服务器（Parameter Server）。

2 ROS有什么优点

ROS 的主要目标是为机器人研究和开发提供代码复用的支持，具备以下优点

• 小型化：ROS尽可能设计的很小且不会封装用户编写的主函数，所以为ROS编写的代码可以轻松的在其它机器人软件平台上使用，因而ROS可以轻松集成在其它机器人软件平台。

• 使用不依赖ROS的三方库：ROS的首选开发模型都是用不依赖ROS的干净的库函数编写而成。

• 语言独立：ROS框架可以简单地使用任何的现代编程语言实现，已实现了Python版本，C++版本和Lisp版本。

• 方便测试：ROS内建一个了叫做rostest的单元/集成测试框架，可以轻松安装或卸载测试模块。

• 可扩展性：ROS可以适用于大型运行时系统和大型开发进程。

3 ROS的通信结构

3.1 同步RPC样式通信的服务（services）机制

采用实时性较强的同步通信方式，基于TCPROS与UDPROS协议，通过请求与应答的方式完成通信（双向的）。节点（Node）关系为多对一（客户端对服务端），常用于逻辑任务处理。

3.2 异步流媒体数据的话题（topics）机制

采用实时性较弱的异步通信方式，基于TCPROS与UDPROS协议，通过发布与订阅的方式完成通信（单向的，无应答）。节点（Node）关系为多对多，常用于数据发布任务（如激光雷达数据等）。

3.3 数据存储的参数服务器（Parameter Server）

参数服务器是一个编程框架，用于方便分布式并行程序的编写，其中重点在于对大规模参数的分布式存储和协同的支持。

4 操作系统与历代版本

4.1 支持的操作系统

ROS目前只能在基于Unix内核的平台上运行。
注：在目前主流的服务器端操作系统中，UNIX 诞生于 20 世纪 60 年代末，Windows 诞生于 20 世纪 80 年代中期，Linux 诞生于 20 世纪 90 年代初；
可以说 UNIX 是操作系统中的"老大哥"，后来的 Windows 和 Linux 都参考了 UNIX。
更多关于Linux系统的系统知识可以看这位大佬的博客：Linux教程

ROS的软件主要在Ubuntu和Mac OS X 系统上测试，同时ROS社区仍持续支持Fedora，Gentoo，Arch Linux和其它Linux平台。
注：目前主流的应用部署均在Ubuntu系统中实现，与机器视觉等环境兼容性更强。

与此同时，Windows端口的ROS已经实现，但并未完全开发完成。

4.2 历代发行版本

参考官方提供的发行版本列表

在Ubuntu20.04上安装ROS Noetic Ninjemys可参考下文
SLAM实操入门（二）：安装ROS Noetic并运行“小乌龟”程序

ROS 发行版是一组版本化的 ROS 包，类似于 Linux 发行版（例如 Ubuntu）；

ROS发行版的目的是让开发人员较长期地在相对稳定的代码库上工作；
注：一旦发布发行版，官方就会限制对核心包（ros-desktop-full 下的所有内容）的错误修复和非破坏性改进的更改，借此维护环境稳定。

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总结

本文对ROS进行了简单的介绍，需要对ROS的通信结构重点理解。