原創(chuàng)： 阿波君 Apollo開發(fā)者社區(qū) 1周前

ROS提供一些標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)服務(wù)，例如硬件抽象、底層設(shè)備控制、常用功能實(shí)現(xiàn)、進(jìn)程間消息以及數(shù)據(jù)包管理。ROS是基于一種圖狀架構(gòu)，從而不同節(jié)點(diǎn)的進(jìn)程能接受、發(fā)布、聚合各種信息（如傳感、控制、狀態(tài)、規(guī)劃等）。

上周阿波君為大家詳細(xì)介紹了「進(jìn)階課程?Apollo ROS背景介紹」。

主要引入ROS的背景介紹，講述了自動駕駛系統(tǒng)的組成及發(fā)展，此外還詳細(xì)地講解了選擇ROS的原因，其原因有三個方面：首先ROS是一個比較強(qiáng)大、靈活的機(jī)器人編程框架；其次ROS基于消息機(jī)制，開發(fā)者可以根據(jù)功能把軟件拆分成獨(dú)立的子模塊；最后ROS是學(xué)術(shù)界廣泛使用的一個框架，對實(shí)驗(yàn)各種新算法提供了一些支持。

本周阿波君將繼續(xù)與大家分享Apollo ROS概述的相關(guān)課程。下面，我們一起進(jìn)入進(jìn)階課程第31期。

目前ROS僅適用于Apollo 3.0之前的版本，最新代碼及功能還請參照Apollo 3.5及5.0版本。

目錄

1.ROS的歷史

2.ROS的特征

3.ROS的幾個核心概念

4.ROS的實(shí)踐

啟動Roscore

啟動一個簡單的Talker程序

通過命令查看Talker node

啟動一個Listen節(jié)點(diǎn)

再次通過命令查看Node

5.ROS的Catkin編譯系統(tǒng)

6.ROS的仿真功能Gazebo

---

1.ROS的歷史

ROS是2007年在斯坦福大學(xué)里面的一個實(shí)驗(yàn)室學(xué)生開發(fā)出來的一套機(jī)器人通用的一個框架，2013年被納入OSRF機(jī)構(gòu)統(tǒng)一管理，如今被很多公司和大學(xué)的研究所廣泛地使用到一些科研項(xiàng)目中。

---

2.ROS的特征

ROS有5個比較明顯的特征如下：

點(diǎn)對點(diǎn)：兩個Node之間進(jìn)行消息通訊是一個點(diǎn)對點(diǎn)的行為。

它支持分布式：在部署多機(jī)之間的消息通訊時，ROS提供了一個天然的支持。

它是跨語言，它并不關(guān)注每個節(jié)點(diǎn)之間是用什么語言來寫的。你只需要按照ROS提供的一些接口完成消息的訂閱和分發(fā)即可以完成一個消息之間的通信。

它是一個輕量級的ROS程序，用戶只需要關(guān)注自己核心模塊的算法邏輯，不需要關(guān)注底層是如何通信、如何斷開通信、如何進(jìn)行Service 和Param之間的一些交互的。

它是一個開源的框架，大家都可以往ROS里面貢獻(xiàn)自己的一些想法和代碼。

---

3.ROS的幾個核心概念

• 松耦合：ROS是一個松耦合的框架，松耦合就是各個節(jié)點(diǎn)之間的通信是一個解耦合的關(guān)系。
• 節(jié)點(diǎn)：一個算法模塊，比如自動駕駛系統(tǒng)里面的感知模塊、定位模塊、決策模塊或者控制模塊，這些模塊就是一個簡單的算法集合，在ROS里面被稱為一個節(jié)點(diǎn)。
• 節(jié)點(diǎn)管理器：在ROS里面被定義為Master，用來集中式管理各個獨(dú)立的、松耦合、無序節(jié)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系，它是輕量級的介入，當(dāng)各個節(jié)點(diǎn)啟動完成以后，他們在通信連接完成之前起到中轉(zhuǎn)也就是類似于交換機(jī)的作用。
• Topic：兩個節(jié)點(diǎn)之間的通信主題。Topic內(nèi)部使用的數(shù)據(jù)格式是Message。Message是一系統(tǒng)簡單的數(shù)據(jù)類型或者是一些自定義的復(fù)雜數(shù)據(jù)類型，所組裝成的一個描述文件。

以上幾個概念之間的相互關(guān)系，如下圖所示：

感知模塊Perception，感知車輛周圍的一些障礙物信息，用CNN或者RNN算法將障礙物信息提取出來，即Obstacle。再將這些信息輸出給下游Planning節(jié)點(diǎn)。這兩個節(jié)點(diǎn)之間的通信連接就需要Roscore，即節(jié)點(diǎn)管理器。

Perception、Planning在啟動的時候沒有先后關(guān)系，這是松耦合的一個具體體現(xiàn)。Perception先啟動并向Roscore發(fā)送一個注冊信息，同時會訂閱名為Obstacle的Topic；Planning節(jié)點(diǎn)啟動后也向Roscore發(fā)送一個注冊信息，同時會訂閱名為Obstacle的Topic；在這種情況下，Roscore會發(fā)送一個通知信息給Planning，在它發(fā)送注冊信息之前已經(jīng)有一個節(jié)點(diǎn)啟動了。此時Planning會向Perception發(fā)送消息請求通信連接，Planning收到消息之后會在Planning和Perception兩個節(jié)點(diǎn)中間建立一個實(shí)時通信鏈路。當(dāng)通信鏈路建立之后，Roscore的功能就暫時完成了。

所以，松耦合在此有兩種體現(xiàn)：

Perception和Planning兩者之間的啟動沒有先后關(guān)系。

當(dāng)通信鏈路建立之后，Roscore的功能就暫時完成了。

這些概念在ROS系統(tǒng)都有一整套的命令工具支持如下：

1. Roscore：啟動一個節(jié)點(diǎn)管理器。

2. 節(jié)點(diǎn)常用命令：

Rosnode list：可以列出當(dāng)前系統(tǒng)里面所存在的節(jié)點(diǎn)。

Rosnode info：查看某一節(jié)點(diǎn)的具體的一些信息。

3. Topic常用命令：

Rostopic list：可以查看所存在Topic的一些列表。

Rostopic info：可以查看到發(fā)送這個Topic的發(fā)送方，訂閱這個Topic的訂閱方。

Rostopic type：查看Topic內(nèi)部所使用的MSG的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

Rostopic pub：調(diào)試計(jì)算節(jié)點(diǎn)模塊的一些基本功能。

---

4.ROS的實(shí)踐

下面是一個簡單的實(shí)踐：

啟動Roscore

啟動Roscore，通過一個簡單的命令行Roscore就可以啟動一個節(jié)點(diǎn)管理器。不需要進(jìn)行任何參數(shù)的傳入，也不需要進(jìn)行任何配置。

如果有很多個節(jié)點(diǎn)啟動的時候，會使用Roslaunch。Roslaunch就是把所有啟動節(jié)點(diǎn)的行為放到統(tǒng)一的描述文件里，在啟動的時候會在描述文件里找到定義的各個節(jié)點(diǎn)的位置,然后啟動節(jié)點(diǎn)。

---

啟動一個簡單的Talker程序

Talker就是一個發(fā)送節(jié)點(diǎn)的程序。單獨(dú)啟動一個節(jié)點(diǎn)，除了Roscore啟動之外，其它的節(jié)點(diǎn)啟動ROS提供了一個Rosrun命令。Rosrun，前面是Package包，后面是實(shí)際的可執(zhí)行文件。通過這樣簡單的一個命令可以直接啟動一個Talker。

---

通過命令查看Talker node

當(dāng)啟動這個節(jié)點(diǎn)之后，用Rosnode list，見上圖Talker的Node文件，還有一個Rosout的程序節(jié)點(diǎn)。Roscore默認(rèn)啟動的時候啟動了一個隱藏節(jié)點(diǎn)，它是一個記錄日志相關(guān)的節(jié)點(diǎn)，所有節(jié)點(diǎn)發(fā)生的Log都會被Roscore啟動的Rosout所訂閱，訂閱完之后會根據(jù)一些特定的規(guī)則把這些Log分級，然后分模塊、分文件打印到對應(yīng)的模塊日志里。

Rosnode info查看Talker相關(guān)的一些節(jié)點(diǎn)，Talker發(fā)送的Topic以及它發(fā)送的Service。它有兩個Service：Setlogger、Getlogger。這兩個是每一個節(jié)點(diǎn)都會默認(rèn)啟動的兩個Service，這兩個Service的作用是設(shè)置這一個節(jié)點(diǎn)里面的日志層級，如果日志層級是INFO，那么它打印的Debug信息就不會記錄在Roscore的Rosout節(jié)點(diǎn)里面。

Rostopic info，通過這個命令我們能看到Topic的發(fā)送方和接收方。

Rostopic?type是查看Topic的一個Message的消息類型。

Rostopic?echo是相當(dāng)于起了一個Listener節(jié)點(diǎn)，去展示Talker發(fā)的Topic包含的具體信息。

Rostopic還提供了HZ和BW功能，HZ是統(tǒng)計(jì)Talker節(jié)點(diǎn)發(fā)送Obstacle topic的頻率，根據(jù)此頻率能簡單的探測系統(tǒng)是否按照我們所預(yù)期的方向來執(zhí)行，例如自動駕駛整個車系統(tǒng)里面每一個傳感器有一定的頻率，激光雷達(dá)是十赫茲，即一秒鐘轉(zhuǎn)十圈，會發(fā)十幀點(diǎn)云圖像，我們可以通過Rostopic HZ去檢測Topic是不是一秒鐘發(fā)送十赫茲，如果低于十赫茲，說明當(dāng)前系統(tǒng)肯定是有異常，要么是激光雷達(dá)掃描的過程受到影響，要么是頂層的Driver節(jié)點(diǎn)在處理激光雷達(dá)頂層信息的時候中間出現(xiàn)了一些故障，此時我們就需要具體探測問題出現(xiàn)在哪個地方。

---

啟動一個Listen節(jié)點(diǎn)

現(xiàn)在啟動一個Listener節(jié)點(diǎn)，啟動Listener節(jié)點(diǎn)之后整個拓?fù)鋾幸粋€比較明顯的變化，Listener啟動向Roscore發(fā)送一個注冊信息，同時會訂閱Topic，Roscore會發(fā)送一個通知信息給Listener：在它發(fā)送注冊信息之前已經(jīng)有一個節(jié)點(diǎn)啟動了。此時，Listener會向Talker發(fā)送消息請求通信連接，Listener收到消息之后會在Listener和Talker兩個節(jié)點(diǎn)中間建立一個實(shí)時通信鏈路。這個通信鏈路是基于TCP的，TCP建立起來之后Talker就持續(xù)不斷的發(fā)送信息，Listener接到信息之后去做回調(diào)處理供實(shí)際的決策和執(zhí)行。

---

再次通過命令查看Node

在啟動Talker節(jié)點(diǎn)之后，通過Rosnode list看到增加的一個節(jié)點(diǎn)就是Listener，它包含了一個完整的拓?fù)?#xff1a;包含發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)。

---

5.ROS的Catkin編譯系統(tǒng)

ROS是基于Cmake編寫的Catkin編譯系統(tǒng)。建立一個工程包，在ROS里面寫一個節(jié)點(diǎn)，通過Catkin create 可以簡單創(chuàng)建一個文件夾，這個文件夾里面會預(yù)先設(shè)置一些文件目錄，通過Catkin build編譯建立軟件包的過程。Catkin build執(zhí)行之后，里面會多兩個文件夾：DEVEL、BUILD 。BUILD是編譯中間過程產(chǎn)生的文件。編譯完成之后，通過Source devel下面的Setup bash就可以把自己編寫的節(jié)點(diǎn)程序給Source到ROS的環(huán)境里面，然后去執(zhí)行我們節(jié)點(diǎn)里面的一些基本功能。

以上是三個比較重要的文件夾，第一個是SRC用來放源文件的一些目錄；第二個是BUILD，第三個是DEVEL，這兩個是在Catkin build的過程當(dāng)中產(chǎn)生的臨時文件夾。想重編譯的話可以直接Catkin build，如果環(huán)境里面有一些沖突，可以通過Catkin clean 簡單的去把編譯產(chǎn)生的臨時文件和之前的一些產(chǎn)出文件直接清除掉。

Catkin config指定了命令行編譯的一些方式，這些方式可以在Cmakelists里面進(jìn)行編寫。Cmakelists里面指定了這個文件編譯過程當(dāng)中所依賴的一些庫、產(chǎn)出的一些可執(zhí)行文件和這些可執(zhí)行文件鏈接了一些什么庫，Cmakelists里面都有一些很清晰的定義。

在啟動節(jié)點(diǎn)的時候使用了Roslaunch，Roslaunch是一個Shell腳本文件，Shell腳本文件里面根據(jù)語言定義的一些Xml格式去找到運(yùn)行的一系列節(jié)點(diǎn)所在的位置然后執(zhí)行它。它的執(zhí)行格式是前面加上Package Name，后面加上實(shí)際的Launch文件。

---

6.ROS的仿真功能Gazebo

這個是Gazebo的Simulator仿真工具。我們在實(shí)際進(jìn)行開發(fā)，不管是機(jī)器人還是自動駕駛相關(guān)的一些具體功能的時候，我們不可能就是開發(fā)一個功能然后到實(shí)體的機(jī)器人或者是自動駕駛的汽車上去進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。ROS提供了仿真功能Gazebo，我們定義的節(jié)點(diǎn)在里面是實(shí)體的存在，通過控制一些參數(shù)和變量去模擬他們之間的一些交互，去驗(yàn)證算法在實(shí)際的運(yùn)行中是否按預(yù)期進(jìn)行表現(xiàn)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Apollo进阶课程㉛丨Apollo ROS概述的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。