ROS简介

谁践踏了优雅 2023-05-31 10:18 19阅读 0赞

1.ROS发展史  
本世纪开始，关于人工智能的研究进入了大发展阶段，包括全方位的具体的AI,例如斯坦福大学人工智能实验室STAIR（Stanford Artificial Intelligence Robot）项目，该项目组创建了灵活的、动态的软件系统的原型，用于机器人技术。在2007年，机器人公司Willow Garage和该项目组合作，他们十分具有前瞻性的，提供了大量资源进一步扩展了这些概念，经过具体的研究测试实现之后，无数的研究人员将他们的专业性研究贡献到ROS核心概念和其基础软件包，这期间积累了众多的科学研究成果。ROS软件的开发自始至终采用开放的BSD协议，在机器人技术研究领域逐渐成为一个被广泛使用的平台。

Willow Garage公司和斯坦福大学人工智能实验室合作以后，在2009年初推出了ROS0.4，这是一个测试版的ROS，现在所用的系统框架在这个版本中已经具有了初步的雏形。之后的版本才正式开启了ROS的发展成熟之路。

1.1 历代ROS版本  
ROS1.0版本发布于2010年，基于PR2机器人开发了一系列机器人相关的基础软件包。随后ROS版本迭代频繁，目前已经发布到了Lunar。 目前使用人数最多的是Kinetic和Indigo这两个Long Term Support版本。

ROS版本    发布时间  
Lunar Loggerhead    2017.5  
Kinetic Kame    2016.5  
Jade Turtle    2015.5  
Indigo lgloo    2014.7  
Hydro Medusa    2013.9  
Groovy Galapagos    2012.12  
Fuerte Turtle    2012.4  
Electric Emys    2011.8  
Diamondback    2011.3  
C Turtle    2010.8  
Box TurtleBox Turtle    2010.3

1.2 展望  
ROS的发展逐渐的趋于成熟，近年来也逐步是面对着Ubuntu的更新而更新，这说明ROS已经初步进入一种稳定的发展状态，每年进行一次更新的频率同时还保留着长期支持的版本，这使得ROS在稳步的前进发展同时，也有着开拓创新的方向。目前越来越多的机器人、无人机甚至无人车都开始采用ROS作为开发平台，尽管ROS在实用方面目前还存在一些限制，但前途非常光明。

2018年ROS2 1.0版将发布，未来ROS2将如何影响机器人领域，我们拭目以待。相信在人工智能的大发展、人机交互越来越密切、互联网+的大时代，ROS会发挥出越来越重要的作用。

2.什么是ROS  
机器人是一个系统工程，它涉及机械、电子、控制、通信、软件等诸多学科。以前，开发一个机器人需要花很大的功夫，你需要设计机械、画电路板、写驱动程序、设计通信架构、组装集成、调试、以及编写各种感知决策和控制算法，每一个任务都需要花费大量的时间。因此像电影《钢铁侠》中那样，仅靠一个人的力量造出一个动力超强的人形机器人机甲是不可能的。

然而随着技术进步，机器人产业分工开始走向细致化、多层次化，如今的电机、底盘、激光雷达、摄像头、机械臂等等元器件都有不同厂家专门生产。社会分工加速了机器人行业的发展。而各个部件的集成就需要一个统一的软件平台，在机器人领域，这个平台就是机器人操作系统ROS。

ROS是一个适用于机器人编程的框架，这个框架把原本松散的零部件耦合在了一起，为他们提供了通信架构。ROS虽然叫做操作系统，但并非Windows、Mac那样通常意义的操作系统，它只是连接了操作系统和你开发的ROS应用程序，所以它也算是一个中间件，基于ROS的应用程序之间建立起了沟通的桥梁，所以也是运行在Linux上的运行时环境，在这个环境上，机器人的感知、决策、控制算法可以更好的组织和运行。

以上几个关键词（框架、中间件、操作系统、运行时环境）都可以用来描述ROS的特性，作为初学者我们不必深究这些概念，随着你越来越多的使用ROS，就能够体会到它的作用。

框架    分布式    进程管理    进程间通信      
工具    gazebo    rviz    rqt      
功能    控制    规划    视觉    建图  
社区    软件包管理    文档    教程      
2.1 ROS特点  
ROS具有这些特点：

分布式 点对点

ROS采用了分布式的框架，通过点对点的设计让机器人的进程可以分别运行，便于模块化的修改和定制，提高了系统的容错能力。

多种语言支持

ROS支持多种编程语言。C++、Pyhton和已经在ROS中实现编译，是目前应用最广的ROS开发语言，Lisp、C\#、Java等语言的测试库也已经实现。为了支持多语言编程，ROS采用了一种语言中立的接口定义语言来实现各模块之间消息传送。通俗的理解就是，ROS的通信格式和用哪种编程语言来写无关，它使用的是自身定义的一套通信接口。

开源社区

ROS具有一个庞大的社区ROS WIKI(http://wiki.ros.org/ )，这个网站将会始终伴随着你ROS开发，无论是查阅功能包的参数、搜索问题还是。当前使用ROS开发的软件包已经达到数千万个，相关的机器人已经多达上千款。此外，ROS遵从BSD协议，对个人和商业应用及修改完全免费。这也促进了ROS的流行。

2.2 ROS优缺点  
ROS为我们开发机器人带来了许多方便，然而它也确实存在一些问题：

优点    缺点  
提供框架、工具和功能    通信实时性能有限  
方便移植    系统稳定性尚不满足工业级要求  
庞大的用户群体    安全性上没有防护措施  
免费开源    仅支持Linux(Ubuntu)  
总体来说，ROS更适合科研和开源用户使用，如果在工业场景应用（例如无人驾驶）还需要做优化和定制。 为了解决实际应用的问题，ROS2.0做了很大的改进，目前正在开发之中，未来表现如何值得期待。

3.ROS的安装与配置  
3.1 版本选择  
ROS目前只支持在Linux系统上安装部署，它的首选开发平台是Ubuntu。时至今日ROS已经相继更新推出了多种版本，供不同版本的Ubuntu开发者使用。为了提供最稳定的开发环境，ROS的每个版本都有一个推荐运行的Ubuntu版本。如下表所示：

ROS 版本    首选Ubuntu版本  
Lunar    Ubuntu 17.04  
Kinetic(建议选用)    Ubuntu 16.04  
Jade    Ubuntu 15.04  
Indigo    Ubuntu 14.04  
…    …  
如果你还没有安装Ubuntu，建议选择16.04版本(https://www.ubuntu.com/download/desktop )。并且我们建议在本地安装，不推荐用虚拟机，这样兼容性更好。

如果你已经安装Ubuntu，请确定系统版本，在终端中输入cat /etc/issue确定Ubuntu版本号，然后选择对应的ROS版本。如果没有安装正确的ROS版本，就会出现各种各样的依赖错误，所以安装时请谨慎。

更多信息请参考ROS官方网站进行下载和安装。

3.2 二进制包与源码包  
二进制包里面包括了已经编译完成，可以直接运行的程序。你通过sudo apt-get install来进行下载和解包（安装），执行完该指令后就可以马上使用了。因此这种方式简单快捷，适合比较固定、无需改动的程序。

而源代码包里是程序的原始代码，在你的计算机上必须经过编译，生成了可执行的二进制文件，方可运行。一些个人开发的程序、第三方修改或者你希望修改的程序都应当通过源代码包的来编译安装。

区别    二进制包    源代码包  
下载方式    apt-get install/直接下载deb    git clone/直接下载源代码  
ROS包存放位置    /opt/ros/kinetic/    通常~/catkin\_ws/src  
编译方式    无需编译    通过make/cmake/caktin  
来源    官方apt软件源    开源项目、第三方开发者  
扩展性    无法修改    通过源代码修改  
可读性    无法查看源代码    方便阅读源代码  
优点    下载简单，安装方便    源码可修改，便于定制功能  
缺点    无法修改    编译工具、软件包依赖、版本和参数  
应用场景    基础软件    需要查看、开发和修改的程序  
3.3 RoboWare Studio  
通常ROS的程序都是用C++和Python开发的，为了提高开发的效率，我们建议用IDE来写代码。目前在Ubuntu上已经有许多IDE支持ROS开发，比如Eclipse、Qt Creator。不过这些IDE配置起来会比较麻烦，我们推荐一款适配ROS的IDE——RoboWare Studio来开发ROS。

读者可在http://cn.roboware.me/\#/Download 下载和使用。  
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