ROS 介绍

Robot Operating System (ROS, 机器人操作系统) 是专为机器人软件开发所设计出来的一套电脑操作系统架构。

介绍

ROS 是一个开源的元级操作系统，2007 年 11 月，提供类似于操作系统的服务，包括硬件抽象描述、底层驱动程序管理、共用功能的执行、程序间消息传递、程序发行包管理，它也提供一些工具和库用于获取、建立、编写和执行多机融合的程序
- ROS1 架构中，所有节点需要使用 Master 进行管理
- ROS2 使用基于 DDS 的 Discovery 机制，解除了 Master 的中心化
相关技术
- OpenCV
- AMCL
- TF
- MoveIt
- DWAPlanner
- GlobaIPlanner
- LocalPlanner
- BahaviorTree
- PointCloudLibrary
- SMACH
- Navigation
- CostMap
- Gazebo
- OMPL
安装部署：http://wiki.ros.org/noetic/Installation
ros2 相关代码：ros2_21_tutorials
ros1 wpr_simulation
命令行 ros2 --help
核心概念
- workspace 工作空间是存放项目开发文件的目录
  - src source space
  - build build space
  - install install space
  - log log space
- node 节点是机器人的工作细胞
  - 支持使用不同语言开发
  - 分布式运行
  - 执行具体任务的进程，独立的可执行文件
  - 通过节点名称管理：ros2 run <xxx> <xxx>
  - 常见的节点
    - 超声波 Node：sensor_package/ssr_pkg
    - 底盘 Node
- topic 话题是节点间传递数据的桥梁
  - 发布/订阅模型
  - 订阅者或发布者可以不唯一：一对一、一对多、多对多
  - 异步通信机制
  - topic 发送的内容称为 message，使用 .msg 文件定义通信的消息结构
  - ros2 topic --help、ros2 topic list、ros2 topic pub <topic> <content>
  - 常见的话题
    - /scan 雷达数据话题，雷达节点发送，sensor_msgs:LaserScan
    - /cmd_vel 速度控制话题，雷达避障节点发出，指导机器人底盘节点
    - /imu/data IMU 数据话题
      - IMU(Inertial Measurement Unit, 惯性测量单元)，获取空间姿态，sensor_msgs:Imu.msg
      - 通过 /cmd_vel 控制底盘
    - /map 地图使用栅格划分 nav_msgs:OccupancyGrid
    - rqt_graph 命令绘制关系 UI
- service
- bag
开发环境
- vscode
  - 插件：URDF
- 客户端
  - pip3 install rosdepc 或使用 apt install python3-rosdep
  - rosdepc init && rosdepc update
  - rosdepc install -i --from-path src --rosdistro humble -y
  - build: apt install python3-colcon-ros && colcon build
  - env setup: source install/local_setup.sh
- 创建功能包：ros2 pkg create --build-type <build-type> <package-name>
服务：节点间的你问我答
- 客户端/服务器（C/S）模型
- 同步通信机制
- 服务器唯一，客户端可以不唯一
- .srv 文件定义请求和应答数据结构
通信接口：数据传递的标准结构
- .msg 话题文件
- .srv 服务文件
- .action 动作文件
- 在 https://index.ros.org 搜索消息包：
  - std_msgs 标准消息包
  - common_msgs 常规消息包
    - sensor_msgs 传感器消息包
    - geometry_msgs 几何消息包
    - nav_msgs 导航消息包
动作：完整行为的流程管理
- 机器人运动
  - 矢量运动：由 X/Y/Z 轴分量组成
  - 旋转运动：由 X/Y/Z 轴分量组成，angular 表示角度
- 使用 topic: /cmd_vel 控制
  - command_velocity
参数：机器人系统的全局字典
- 全局共享字典
- 有键与值组成
- 可实现动态监控
- ros2 param list
分布式通信：多计算平台任务分配
DDS(Data Distribution Service, 数据分发服务)：机器人的神经网络，2004 年由对象管理组织（OMG, Object Management Group）发布
- 专门为实时系统设计的数据分发/订阅标准，DDS 强调以数据为中心
- 常见的通信模式：点对点、Broker 模式、广播模式、数据为中心模式
Launch：多节点启动与配置脚本，参考
- 支持多节点多服务的启动
TF(TransForm)：机器人坐标管理系统，主要描述两个坐标系的空间关系，即坐标系变换
- /tf 话题
- 静态 TF 广播
URDF(Unified Robot Description Format, 统一机器人描述格式)：ROS 机器人建模方法
- XML 格式
- 包括：robot、link 和 join 自身及相关属性的描述信息。XACRO 格式支持宏定义和调用
Gazebo：是一款三维物理仿真平台，是用来模拟真实机器人发出传感器数据的工具（作用：创造数据）
- 强大的物理引擎，高质量的图形渲染
- 方便的编程与图形接口
- 开源免费
- 使用场景：测试机器人算法、机器人设计、现实场景下的回溯测试
  - RGB-D 摄像头仿真（kinect）
  - 激光雷达仿真
- apt install ros-humble-gazebo-*
- 扩展
  - Logsim 提取 log 来做仿真，是由路测数据提取的场景，真实反映了实际交通环境中复杂多变的障碍物和交通状况，其场景相对固定
  - Worldsim 是由人为预设的道路和障碍物构成的场景，可以作为单元测试简单高效的测试自动驾驶车辆
Ignition 新一代 Gazebo，官网
- apt install ros-humble-ros-ign
Rviz(The Robot Visualization Tool)：是一款 三维可视化显示平台，可以兼容基于 ROS 框架的机器人平台（作用：显示数据）
- 使用 xml 对机器人、周围物体等进行描述，包括尺寸、质量、位置、关节、材质等
- 命令：ros2 run rviz rviz [-d <xxx>.rviz]
RQT：模块化可视化工具
- apt install ros-humble-rqt
SLAM(Simultaneous Localization And Mapping, 同时定位于地图构建) 通过参照物、电子标签等实现
- 数据流：/scan -> SLAM节点 -> /map -> Rviz 显示
- 实现
  - Hector_Mapping
    - apt install ros-humble-hector-mapping
  - slam_gmapping

ROS 使用

图片参考
- 扩展：OpenDriveLab
https://shawnharris.com/week-3-building-an-ai-company/

扩展

Apollo 是一个开放、完整、安全的自动驾驶平台，助力开发者快速搭建自动驾驶系统，由百度开发
- https://www.apollo.auto/
ros_motion_planning

介绍

相关硬件

ROS 使用

扩展

Help

ROS 介绍

介绍

相关硬件

ROS 使用

扩展

Help

Cookie Notice!