??需要用到ROS，就來學學ROS。作為小白一個，文章難免出錯，請各位海涵。幫我多多指錯。這篇文章的目的是讓新手對于ROS有個簡單的認識，講的基本都是概念上的東西。希望這篇文章能夠解釋清楚以下幾個問題：
??1.ROS是什么/ROS能干什么？
??2.ROS的基礎結構是什么？
??3.ROS部分專有名詞的解釋：ROS節點(node)、節點管理器(master)、參數服務器(parameter server)、消息(message)、話題(topic)、服務(service)、消息記錄包(bag)

1.ROS是什么/ROS能干什么？

??ROS全稱是Robot Operating System，也就是機器人操作系統。從字面上就知道是幫助我們操作機器人的。但和Linux這種底層的os不同，ROS是基于底層os的，也就是在Linux之上，可以理解成在Linux之上做了封裝以便于可以直接調用那些用于操作機器人的各種包。ROS的有幾個版本，對應的也有不同的Linux環境(網上一查都有，不是重點，在此不再贅述。不過筆者用的是kinetic對應的就是ubuntu16.04啦~)。
??那ROS有什么好處呢？為什么要用ROS呢？這要從ROS的設計目標談起：ROS便于機器人研發中的代碼復用，是一種分布式的進程框架，核心在于可以同步或者異步傳遞消息數據的中間件框架。簡單點兒說就是ROS的模塊性和復用性特別好，這樣開發者就可以專注于主邏輯的設計。也有點兒像拼積木(積木塊已經被造好)。我覺得另一個優勢是：ROS使用簡化的類型描述語言描述ros發布的數據，通過這種描述語言，ros可以使用多種編程語言(C++ PYTHON java matlab)編寫不同節點，實現節點間的通信(不局限于一種，可太棒了！)

??對于ROS能干什么？其實我覺得就是用來開發機器人吧。現在各種機器人無論是UAV、UGV其實都是基于ROS上在做開發滴。要想讓robot做點兒個性化的事情，ROS應該是要學滴。而且ROS現在已經被認定為了一個標準(好消息：開源！)。

2.ROS的基礎結構是什么？

??先不關與ROS具體有什么，先從宏觀上給它打個樣兒。ROS的體系結構大致有三部分：ROS文件系統、ROS計算圖、ROS社區
??ROS文件系統：文件系統其實就是ROS文件的組織結構，了解了文件系統就會知道程序執行到哪步時調用了哪個文件。文件系統有很多基礎性的概念：package、manifest。
??ROS計算圖：計算圖相當于ROS運行的機制，包括節點如何通信等等。有的地方也叫做計算網絡，所有節點都可以連入這個網絡中進行通信。我覺得這個是ROS的最核心部分吧。設計的概念包括：node、master、message、topic、service
??ROS社區：很少看到有把社區放在架構里面的，但ROS目前看來像一個完全開源的東西。開源項目就需要社區去維護，可能最開始設計定下的基調就是這樣吧。
(上文提到了很多概念，我在下文都會一一解釋)

3.ROS概念解釋(按照結構劃分說了)

package(功能包)

??package其實可以算組織ROS代碼的一個基本單位。ROS中package更多指的是代碼包。如果說最大的應該算workspace(工作空間)，工作空間內包括代碼空間(src，放實現應用的主要代碼可以是cpp/py)，編譯空間(build，主要是編譯環境catkin_make之后基本不用管)，開發空間(devel,保存編譯完的包)，安裝空間(install，這個通過命令生成以后基本用不到了)。package也就是代碼空間下的一個基本單位。一個應用對應于一個package。ROS利用package實現模塊性和復用性
??package的結構如下圖(因為只是介紹基本概念，所以就不詳細說各個文件的作用了~)

??圖源：ROS學習筆記（一） ROS文件系統_我本傲驕的博客-CSDN博客

manifest

??全稱叫package manifest，為package之間提供依賴性。其中保存的是package的一些基本信息：版本、維護者、依賴選項、編譯標志等等。落實到具體文件就是package里面那個package.xml

metapackage(元功能包)

??metapackage是比package高一個級別的概念，是package的集合。以前也叫stack，現在以及廢棄

metapackage manifest

??這個比manifest高一個級別，功能類似于manifest，只不過是針對于metapackage

node(節點)

??ROS整體上是一個分布式的架構，也就是有很多個節點組成。或許也可以說成ROS的基本動作執行單位，可以為節點分配任務。同一個workspace下不能有同名節點(這樣無法確定)，但不同工作空間下可以有同名節點
作為一個整體，節點之間也要有相互的協作。ROS有自己的通信機制，下面介紹一下：
??ROS的通信手段有兩種：消息傳遞、服務調用

message(消息)/topic(主題)

??message就對應于消息傳遞，但消息不能直接就傳過去。要借助載體：也就是topic(可以理解為管道)。如果一個節點想發送消息，就要選擇一個topic(這個topic可以是自己創造的或者是別人創造的)，選topic發message這個動作就是pulish(發布)。如果想接受消息，也要通過topic。而這個動作叫做subscribe(訂閱)。兩個節點根據動作，分別稱為publisher和subscriber。

server(服務)

??server對應于服務調用，不過server受眾小一點兒。單指兩個節點之間。服務調用的流程是：client節點發送request給server節點，server節點執行處理后，發送response給client節點
??那消息傳遞和服務調用有什么區別呢？
????1）服務調用實現一對一，消息傳遞實現多對多。服務調用只是兩方之間，消息傳遞中同一個topic可以有多個發布者和多個訂閱者(也有一個限制：兩個發布者發布的同名消息，類型必須一致)
????2）服務調用(雙向)，消息傳遞(單向)。服務中發送方會等待接收方的response，而消息傳遞中發布者發送完就不再管這個消息了——單向傳輸系統(有點兒像計網中TCP和UDP，其實在ROS中叫rostcp/rosudp)
????3）服務調用是同步的，消息傳遞是異步的。所以在消息傳遞過程中常常設置隊列作為緩沖區來調節發送速率。
????4）topic常用于數據傳輸，而service常用于邏輯處理。

master(節點管理器)

??節點多了總要有個頭兒，master就是負責管理所有節點。它會掌管與各個節點之間有關的topic、service信息列表。雖然說有管理者，但通信時消息直接從發布節點到訂閱節點，中間不經過節點管理器。ROS參數服務器是節點管理器的一部分，所有節點都可訪問修改數據(數據/配置信息)。所有例子中先roscore一下，啟動的就是master。但如果兩個節點已經通過master建立了聯系，并開始進行了通信。這時關掉master是不會影響兩個節點的通信的。master只在建立連接時起到作用。

bag(消息記錄包)

??一個包是ROS中用于存儲ROS 消息數據的文件格式。即保存和回放ROS消息數據的文件格式。包的擴展名為.bag。當使用復雜機器人時，采集數據較為繁瑣。就可以通過bag保存一次數據，后面的仿真時可以回放bag中的數據達到同樣的目的。

??這里解釋一個例子：判斷ros是否安裝成功都會使用一個小烏龜移動的例子，那為什么小海龜可以移動呢？這個過程是這樣的：
/teleop_turtle 節點會以消息的形式將這些運動控制命令發布到 話題/turtle1/cmd_vel； 與此同時，因為turtlesim_node 訂閱了該話題，因此它會接收到這個些消息，控制海龜按照該預定的速度移動

參考資料：

ROS入門學習 - coding-for-self - 博客園(cnblogs.com)
ROS核心概念、工作空間 和 功能包。ROS學習資源_Bruce’s blog-CSDN博客

因作者水平有限，如果錯誤之處，請在下方評論區指出，謝謝！

總結

以上是生活随笔為你收集整理的初识ROS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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