ROS(Robot Operating System) 是一個開源的機器人操作系統，目的是提供開發平臺、工具及生態給開發人員，可以讓開發人員快速開發。本課程通過精心設計的案例，分析技術要點、理解運行原理，以達到舉一反三的效果，從而應用到自己的機器人開發工作中去。

本課程將詳細介紹 ROS 的使用，課程包括了 Topic 通訊，Service 通訊，ROS 自定義消息，URDF可視化，TF坐標轉換等技術要點。每個技術點都會結合例子先把原理講解清楚，為了達到學以致用的目的，我們會再進行知識拓展，針對每個技術點實現對應的生動有趣的需求，保證學完后會有很大的收獲。

實驗介紹

在進行 ROS 項目開發前，首先介紹下整個 ROS 項目在部署運行過程中分為幾個部分，以及了解工程結構中 Workspace、Package、Node 它們之間的包含關系。

知識點

• 架構介紹
• 文件目錄結構
• Workspace 創建
• Package 創建

架構介紹

系統基本架構

總體來說，整個 ROS 項目在部署運行過程中，分為以下幾個部分：

• 環境
  包含硬件環境和軟件環境。通常一個 ROS 機器人，需要一個開發主板用于運算和控制操作。

例如我們用樹莓派作為開發板，用于機器人的運算和控制操作，那么這就是軟件所運行的硬件環境。當然開發板上可能會外接一些其它硬件，如攝像頭，那么這些也屬于硬件環境。

開發板上通常需要有操作系統，所裝的操作系統屬于軟件環境。

• 執行器
  執行器的主要作用是給操作系統發送一些指令，通過指令去控制硬件操作。例如發送指令給開發板，讓開發板外接的舵機轉動，然后驅動物體運動。執行器更像是硬件驅動的輸入。

• 傳感器
  在硬件環境中，可能會安裝一些環境探測的硬件，例如溫度感應器。這些硬件感應器會將感覺的數據發布出來，傳感器其實扮演的就是這些硬件發布數據的傳播者，更像是硬件驅動的輸出。

• 軟件結構
  這里所說的軟件結構是指，ROS 機器人運行時部署的軟件及軟件間的關系。

機器人運行起來后，內部會有很多單元程序運行，每個單元程序做很小的事情。比如讀取硬件驅動傳遞的數據、處理讀取的數據、判斷數據、發出指令等。

總之，ROS 將復雜的程序分解成了很小的一部分，每部分干很少的活，這樣每個部分還可以復用。

ROS 軟件結構組成

我們開發的每個節點都需要到 ROS Master 中去注冊，如下圖所示：

ROS Master：

• 管理 Node 節點間的通訊。
• 每個 Node 節點都需要到 Ros Master 中進行注冊。

啟動節點前，必須啟動 ROS Master。命令為?roscore。

ROS Node：
我們在 ROS 中所做的其實就是開發節點工作：

• 具備單一功能的可執行程序。
• 可以單獨編譯，可執行，可管理。
• 存放在 package 中。

文件系統

工作目錄結構

Workspace、Package、Node 是工程結構中的幾個關鍵詞，也是核心概念。以下圖片展示了三者之間的關系：

標準的 Workspace 工作目錄結構如下：

工作目錄理解

類似在企業中通過部門管理員工，俗話說人多瞎胡亂、雞多不下蛋。一旦項目變得復雜后，組織結構化和規范化就變得非常重要。

工作目錄說明

我們在開發一個 ROS 項目時，是以工作空間（workspace）來表示一個項目，一個工作空間包含如下 5 個部分：

• build：ROS 編譯打包的結果產出目錄。我們不需要對這個文件夾做任何編輯操作，屬于自動生成。
• devel：開發所需要的目錄。
• src：存放 package 的目錄。
• CMakeLists.txt：整個工作空間編譯的腳本。此文件我們通常不用修改。
• package：工作單元。

一個項目可以創建多個工作單元（package），一個工作單元包含如下幾個部分：

• pkg1：package 的名稱，開發過程中根據自己實際情況進行創建設定。
• CMakeLists.txt：當前 package 的編譯腳本。通常需要為 c++ 代碼添加編譯時的依賴、執行等操作。
• package.xml：package 相關信息。通常添加一些 ros 庫的支持。
• include?文件夾：存放 c++ 頭文件。
• config?文件夾：存放參數配置文件，格式為 yaml。
• launch?文件夾：存放 .launch 文件。
• src：c++ 源代碼。
• scripts：Python 源代碼。
• srv：存放定義的 service。
• msg：存放自定義的消息協議。
• action：存放自定義的 action。

實驗總結

通過上面的實驗，我們熟悉了 ROS 的系統架構以及 ROS 文件系統層次中的關鍵概念，并講解了 Clion Python 環境的搭建與配置，使我們更加清晰的了解 ROS 的運行機制、能夠更高效的編寫程序。

本實驗完整代碼下載：

wget https://labfile.oss.aliyuncs.com/courses/2947/code1.tar.gz # 解壓縮，使用如下命令 tar -zxf code1.tar.gz

以上選自新課《ROS 機器人操作系統進階實戰》第一章，感興趣的話點擊鏈接查看課程了解詳情哦！

總結

以上是生活随笔為你收集整理的ROS 机器人操作系统进阶实战的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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