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ROS笔记

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第一章 初识ROS

概述

ROS(Robot Operating System) 机器人操作系统
ROS = 通信机制 + 开发工具 + 应用功能 + 生态系统

ROS特点

ROS核心——分布式网络，使用了基于TCP/IP的通信方式，实现了模块间点对点的松耦合连接，可以执行若干种类型的通信，包括基于话题(Topic)的异步数据流通信，基于服务(Service)的同步数据流通信，还有参数服务器上的数据存储等
主要特点：

  • 点对点设计
  • 多语言支持
  • 架构精简、集成度高
  • 组件化工具包丰富
  • 免费且开源

ROS安装

版本 ROS Melodic Morenia
安装步骤wiki

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# add source
sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main">/etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'

# add key
sudo apt-key adv --ketserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --resc-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654

# install ros
sudo apt update
sudo apt install ros-melodic-desktop-full

# init rosdep
sudo resdep init
rosdep update

# env
echo "source /opt/ros/melodic/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

# install rosinstall
sudo apt install python-rosinstall python-rosinstall-generator python-wstool build-essential

安装目录在/opt/ros. run roscore
例程

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roscore
rosrun turtlesim turtlesim_node
rosrun turtlesim turtle_teleop_key

ROS架构

ROS架构设计

ROS架构的三个层次

  • 基于Linux的OS层
  • 实现ROS核心通信机制以及众多机器人开发库的中间层
  • 在ROS Master的管理下保证功能节点正常运行的应用层

从系统实现划分三个层次

  • 计算图
  • 文件系统
  • 开源社区

ROS三种通信机制

  • 基于发布/订阅的话题通信
  • 基于客户端/服务器的服务通信
  • 基于RPC的参数服务器

ROS核心概念

通信机制

分耦合通讯结构

节点和节点管理器

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唯一

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，节点使用此服务器储存和检索运行时的参数

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

无反馈，有缓冲，节点关系多对多

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

有反馈，无缓冲，节点关系一对多

参数

参数(Parameter) - 全局共享字典

  • 可通过网络访问的共享、多变量字典
  • 节点使用此服务器来存储和检索运行时的参数
  • 适合存储静态、非二进制的配置文件，不适合存储动态配置的数据

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的功能包

Reference

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