ros機(jī)器人操作系統(tǒng)

1、ROS(RobotOperatingSystem）操作系統(tǒng)探索總結(jié)（一）ROS簡(jiǎn)介一、歷史一、歷史隨著機(jī)器人領(lǐng)域的快速發(fā)展和復(fù)雜化，代碼的復(fù)用性和模塊化的需求原來(lái)越強(qiáng)烈，而已有的開(kāi)源機(jī)器人系統(tǒng)又不能很好的適應(yīng)需求。2010年WillowGarage公司發(fā)布了開(kāi)源機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS(robotoperatingsystem)，很快在機(jī)器人研究領(lǐng)域展開(kāi)了學(xué)習(xí)和使用ROS的熱潮。ROS系統(tǒng)是起源于2007年斯坦福大學(xué)人工智能實(shí)驗(yàn)室的項(xiàng)目與機(jī)

2、器人技術(shù)公司W(wǎng)illowGarage的個(gè)人機(jī)器人項(xiàng)目(PersonalRobotsProgram)之間的合作，2008年之后就由WillowGarage來(lái)進(jìn)行推動(dòng)。已經(jīng)有四年多的時(shí)間了(視頻)。隨著PR2那些不可思議的表現(xiàn)，譬如疊衣服，插插座，做早飯，ROS也得到越來(lái)越多的關(guān)注。WillowGarage公司也表示希望借助開(kāi)源的力量使PR2變成“全能”機(jī)器人。PR2價(jià)格高昂，2011年零售價(jià)高達(dá)40萬(wàn)美元。PR2現(xiàn)主要用于研究。PR2有兩

3、條手臂，每條手臂七個(gè)關(guān)節(jié)，手臂末端是一個(gè)可以張合的鉗子。PR2依靠底部的四個(gè)輪子移動(dòng)。在PR2的頭部，胸部，肘部，鉗子上安裝有高分辨率攝像頭，激光測(cè)距儀，慣性測(cè)量單元，觸覺(jué)傳感器等豐富的傳感設(shè)備。在PR2的底部有兩臺(tái)8核的電腦作為機(jī)器人各硬件的控制和通訊中樞。兩臺(tái)電腦安裝有Ubuntu和ROS。二、設(shè)計(jì)目標(biāo)二、設(shè)計(jì)目標(biāo)ROS是開(kāi)源的，是用于機(jī)器人的一種后操作系統(tǒng)，或者說(shuō)次級(jí)操作系統(tǒng)。它提供類(lèi)似操作系統(tǒng)所提供的功能，包含硬件抽象描述、底層

4、驅(qū)動(dòng)程序管理、共用功能的執(zhí)行、程序間的消息傳遞、程序發(fā)行包管理，它也提供一些工具程序和庫(kù)用于獲取、建立、編寫(xiě)和運(yùn)行多機(jī)整合的程序。ROS的首要設(shè)計(jì)目標(biāo)是在機(jī)器人研發(fā)領(lǐng)域提高代碼復(fù)用率。ROS是一種分布式處理框架(又名Nodes)。這使可執(zhí)行文件能被單獨(dú)設(shè)計(jì)，并且在運(yùn)行時(shí)松散耦合。這些過(guò)程可以封裝到數(shù)據(jù)包(Packages)和堆棧(Stacks)中，以便于共享和分發(fā)。ROS還支持代碼庫(kù)的聯(lián)合系統(tǒng)。ROS的特殊性主要體現(xiàn)在消息通訊層，而不是

5、更深的層次。端對(duì)端的連接和配置利用XMLRPC機(jī)制進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，XMLRPC也包含了大多數(shù)主要語(yǔ)言的合理實(shí)現(xiàn)描述。我們希望ROS能夠利用各種語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的更加自然，更符合各種語(yǔ)言的語(yǔ)法約定，而不是基于C語(yǔ)言給各種其他語(yǔ)言提供實(shí)現(xiàn)接口。然而，在某些情況下利用已經(jīng)存在的庫(kù)封裝后支持更多新的語(yǔ)言是很方便的，比如Octave的客戶(hù)端就是通過(guò)C的封裝庫(kù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的。為了支持交叉語(yǔ)言，ROS利用了簡(jiǎn)單的、語(yǔ)言無(wú)關(guān)的接口定義語(yǔ)言去描述模塊之間的消息傳送。接口定

6、義語(yǔ)言使用了簡(jiǎn)短的文本去描述每條消息的結(jié)構(gòu)，也允許消息的合成，例如下圖就是利用接口定義語(yǔ)言描述的一個(gè)點(diǎn)的消息：每種語(yǔ)言的代碼產(chǎn)生器就會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似本種語(yǔ)言目標(biāo)文件，在消息傳遞和接收的過(guò)程中通過(guò)ROS自動(dòng)連續(xù)并行的實(shí)現(xiàn)。這就節(jié)省了重要的編程時(shí)間，也避免了錯(cuò)誤：之前3行的接口定義文件自動(dòng)的擴(kuò)展成137行的C代碼，96行的Python代碼，81行的Lisp代碼和99行的Octave代碼。因?yàn)橄⑹菑母鞣N簡(jiǎn)單的文本文件中自動(dòng)生成的，所以很容易列舉出

7、新的消息類(lèi)型。在編寫(xiě)的時(shí)候，已知的基于ROS的代碼庫(kù)包含超過(guò)四百種消息類(lèi)型，這些消息從傳感器傳送數(shù)據(jù)，使得物體檢測(cè)到了周?chē)沫h(huán)境。最后的結(jié)果就是一種語(yǔ)言無(wú)關(guān)的消息處理，讓多種語(yǔ)言可以自由的混合和匹配使用。(3)精簡(jiǎn)與集成大多數(shù)已經(jīng)存在的機(jī)器人軟件工程都包含了可以在工程外重復(fù)使用的驅(qū)動(dòng)和算法，不幸的是，由于多方面的原因，大部分代碼的中間層都過(guò)于混亂，以至于很困難提取出它的功能，也很難把它們從原型中提取出來(lái)應(yīng)用到其他方面。為了應(yīng)對(duì)這種趨勢(shì)，