ROS操作系统的入门资料.pdf

ROS（Robot Operating System，机器人操作系统）是一个用于机器人应用的开源框架，提供类似于操作系统所提供的功能，例如硬件抽象描述、底层驱动管理、共用功能执行、程序间的消息传递、程序发行包管理，以及一些工具程序和库，用以获取、建立、编写和运行多机整合程序。ROS并非传统意义上的操作系统，而是一种运行在传统操作系统之上的中间件，用于简化复杂机器人程序的开发。它最初由斯坦福大学人工智能实验室与Willow Garage的个人机器人项目合作而起源于2007年，并于2010年由Willow Garage正式发布，目前已经吸引了广泛的机器人研发社区的关注。 ROS的设计目标主要是为了提高机器人研发领域的代码复用率。它采用分布式处理框架，即节点（Nodes）概念，允许开发者将程序分解为多个节点，这些节点可以分散在不同的主机上独立运行，并通过网络以松散耦合的方式进行通讯。这种设计使得ROS能够适应多机器人环境和高实时性的需求。 ROS的主要特点包括： 1. 点对点设计：ROS系统由一系列独立的进程组成，这些进程在多个主机上运行并以端对端的拓扑结构进行联系，以支持多机器人系统的运行。 2. 多语言支持：ROS是一个语言中立的框架，支持包括C++、Python、Octave、LISP在内的多种编程语言，并使用XML-RPC进行端对端的连接和配置。 3. 松耦合通信：ROS通过基于服务的同步RPC（远程过程调用）通讯、基于Topic的异步数据流通讯，以及参数服务器上的数据存储来实现模块间的松耦合通讯。 4. 资源共享与分发：ROS允许开发者将可执行文件、数据包和堆栈封装共享，并通过网络分发，这极大地简化了代码的复用和协作开发过程。 5. 社区合作：ROS支持代码库的联合系统，促进了协作和分享的社区环境，使开发者能够更好地集中精力于机器人系统的研发。 ROS对于无人驾驶领域的应用尤为关键，因为它为研究和开发提供了一个稳定且功能丰富的平台。通过一系列的教程和指南，新手能够逐步掌握ROS，并利用它来构建和仿真机器人模型，例如文档中提到的“smartcar”案例，以实现键盘控制、操作杆控制、语音控制、机器视觉、坐标系统、导航与定位等高级功能。 导航与定位框架是ROS中非常重要的组成部分，它帮助机器人进行自我定位并规划路径，其中“move_base”是用于路径规划的组件，而“amcl”（Adaptive Monte Carlo Localization）则是用于导航与定位的模块。通过这些工具，开发者能够让机器人在复杂的环境中自主移动和完成任务。 总结来说，ROS提供了一个强大的工具集和框架，支持机器人系统研发的各个阶段，包括模拟、硬件抽象、底层控制、导航、感知、处理以及信息整合等。对于希望在机器人技术领域做出贡献的开发者和研究人员而言，掌握ROS是必不可少的技能之一。