摘要

ROS機器人操作系統在機器人應用領域很流行，依托代碼開源和模塊間協作等特性，給機器人開發者帶來了很大的方便。我們的機器人“miiboo”中的大部分程序也采用ROS進行開發，所以本文就重點對ROS基礎知識進行詳細的講解，給不熟悉ROS的朋友起到一個拋磚引玉的作用。本章節主要內容：

1.ROS是什么

2.ROS系統整體架構

3.在ubuntu16.04中安裝ROS kinetic

4.如何編寫ROS的第一個程序hello_world

5.編寫簡單的消息發布器和訂閱器

6.編寫簡單的service和client

7.理解tf的原理

8.理解roslaunch在大型項目中的作用

9.熟練使用rviz

10.在實際機器人上運行ROS高級功能預覽

1.ROS是什么

（圖1）ROS的圖標

ROS是一個適用於機器人的開源的元操作系統。其實它並不是一個真正的操作系統，其底層的任務調度、編譯、尋址等任務還是由Linux操作系統完成，也就是說ROS實際上是運行在Linux上的次級操作系統。但是ROS提供了操作系統應用的各種服務（如：硬件抽象、底層設備控制、常用函數實現、進程間消息傳遞、軟件包管理等），也提供了用於獲取、編譯、跨平台運行代碼的工具和函數。ROS主要采用松耦合點對點進程網絡通信，目前主要還是支持Ubuntu系統，windows和Mac OS目前支持的還不好，所以推薦在Ubuntu系統上安裝使用ROS。

1.1.ROS的特性

（圖2）ROS的特性

總結起來就是，使用ROS能夠方便迅速的搭建機器人原型。ROS使用了BSD許可證，這是一個很寬松的開放許可證，允許在商業和閉源產品中使用，這一點對開發產品的創業公司很重要。ROS當前的代碼統計量，總行數超過1400萬，作者超過2477名。代碼語言以C++為主，63.98%的代碼是用C++編寫的，排名第二的是python，占13.57%，可以說ROS基本上都是使用這兩種語言，來實現大部分的功能。

1.2.ROS的結構

這里主要從四個方面來解讀ROS的結構，設計思想、核心概念、核心模塊、核心工具。

ROS的設計思路主要是分布式架構，將機器人的功能和軟件做成一個個節點，然后每個節點通過topic進行溝通，這些節點可以部署在同一台機器上，也可以部署在不同機器上，還可以部署在互聯網上。

ROS的核心概念主要是節點和用於節點間通信的話題與服務。管理器Master管理節點與話題之間通信的過程，並且還提供一個參數服務用於全局參數的配置。ROS通過功能包集stack和功能包package來組織代碼。

ROS的核心模塊包括：通信結構基礎、機器人特性功能、工具集。通信結構基礎主要是消息傳遞、記錄回放消息、遠程過程調用、分布式參數系統；機器人特性功能主要是標准機器人消息、機器人幾何庫、機器人描述語言、搶占式遠程過程調用、診斷、位置估計、定位導航；工具集主要是命令式工具、可視化工具、圖形化接口。

ROS核心工具很豐富，ROS常用命令工具是rostopic、rosservice、rosnode、rosparam、rosmsg、rossrv、roswtf；ROS常用可視化工具是rqt、rviz；ROS用於存儲與回放數據的工具rosbag；ROS的log系統記錄軟件運行的相關信息；ROS還擁有強大的第三方工具支持：三維仿真環境Gazebo、計算機視覺庫OpenCV、點雲庫PCL、機械臂控制庫MoveIt、工業應用庫Industrial、機器人編程工具箱MRPT、實時控制庫Orocos。