智能網(wǎng)聯(lián)汽車

計算平臺部署與測試項目五ROS的安裝與使用目錄01.C++的認(rèn)知02.Python的認(rèn)知03.ROS的認(rèn)知04.ROS的安裝05.ROS文件系統(tǒng)的構(gòu)建06.ROS通信系統(tǒng)的構(gòu)建03.ROS的認(rèn)知開源的機器人軟件平臺任務(wù)描述大家熟悉的家用掃地機器人在作業(yè)過程中，通過APP制定的房間地圖和指定的路徑行走，完成清潔任務(wù)。想要實現(xiàn)這一系列的功能，離不開一個能夠獲取圖形信息自主建圖以及能夠智能導(dǎo)航的系統(tǒng)。而這個系統(tǒng)恰好就像“心臟”，能夠提供一個成熟有效的管理機制和豐富的資源，讓所有模塊都能夠高效運作起來。這個核心系統(tǒng)的研發(fā)也是機器人、無人駕駛等領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵。經(jīng)過近二十年的技術(shù)發(fā)展，機器人操作系統(tǒng)（ROS）是目前最主流的技術(shù)框架，應(yīng)用非常廣泛。主管希望你向新同事講解ROS的主要特性與常見的功能工具。（1）了解ROS的概念。（2）了解ROS發(fā)行了哪些版本。了解ROS的特性。（3）能夠說出ROS的基本構(gòu)成。（4）能夠說出ROS版本以及對應(yīng)的Ubuntu系統(tǒng)版本。（5）獲得多途徑檢索知識、分析解決問題以及多元化思考解決問題的方法，形成創(chuàng)新意識。（6）具有良好的團隊協(xié)作精神和較強的組織溝通能力。（7）具備良好的職業(yè)道德，尊重他人勞動，不竊取他人成果。任務(wù)目標(biāo)任務(wù)準(zhǔn)備防護裝備常規(guī)實訓(xùn)著裝01教學(xué)設(shè)備安裝有ROS系統(tǒng)的計算機平臺02教學(xué)工具ROS03一、概述什么是ROSROS(RobotOperatingSystem)是一個開源的機器人軟件平臺，能為異質(zhì)計算機集群提供類似操作系統(tǒng)的功能，包括硬件抽象描述、底層驅(qū)動程序管理、公用功能執(zhí)行、程序間消息傳遞以及程序包發(fā)行管理等，可以極大地簡化繁雜多樣的機器人平臺上的復(fù)雜任務(wù)創(chuàng)建和穩(wěn)定行為控制。ROS可以說是?前機器?相關(guān)開源社區(qū)最流?的項?之?，它是?個易?且完備的機器?開發(fā)框架、?態(tài)乃?社區(qū)，海量的機器?開源項?（涵蓋感知、規(guī)劃、控制、定位、SLAM和建圖、可視化等?乎所有機器?領(lǐng)域）均使?ROS作為基礎(chǔ)。目前，ROS的應(yīng)用領(lǐng)域除了自動駕駛和智能網(wǎng)聯(lián)汽車外，還包括物流倉儲、工業(yè)生產(chǎn)和交通管理等。一、概述ROS發(fā)展簡史ROS版本的演進起源于2007年斯坦福大學(xué)人工智能實驗室與機器人技術(shù)公司W(wǎng)illowGarage之間的合作，之后主要由WillowGarage來繼續(xù)研發(fā)，目前這個項目已經(jīng)轉(zhuǎn)由開源機器人基金會（OSRF）維護。ROS1.0版本發(fā)布于2010年，基于PR2機器人開發(fā)了一系列機器人相關(guān)的基礎(chǔ)軟件包。一、概述ROS發(fā)展簡史ROS2版本的演進ROS2是從底層開始全面重新開發(fā)的新一代機器人操作系統(tǒng)，不是ROS的簡單升級。它有如下特點：（1）?持多機器?；（2）對?型嵌?式設(shè)備和微控制器的?持；（3）實時系統(tǒng)：?持實時控制，包括進程間和機器間通信的實時性；（4）?持?理想?絡(luò)環(huán)境：在低質(zhì)量高延遲等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下系統(tǒng)仍然能夠?作；（5）對產(chǎn)品環(huán)境的?持的能力；（6）規(guī)范的編程模型以?持基于ROS的?規(guī)模?的構(gòu)建、開發(fā)和部署。二、ROS的主要特點ROS的運行架構(gòu)是一種使用ROS通信機制實現(xiàn)模塊間P2P松耦合協(xié)作的處理架構(gòu)。這種通訊機制包括基于服務(wù)的同步RPC通訊、基于Topic的異步數(shù)據(jù)流通訊，以及參數(shù)服務(wù)器上的數(shù)據(jù)存儲等，但是ROS本身不具備實時性。精簡與集成基于ROS的系統(tǒng)具有模塊化的特點，每個模塊都可以單獨編譯。豐富的工具包為了管理復(fù)雜的軟件框架，ROS利用大量的小工具去編譯和運行多樣的ROS組件。開源免費ROS所有的源代碼都是公開發(fā)布的，這有利于ROS各層軟件的調(diào)試和整合，不斷地改正錯誤。點對點設(shè)計ROS的點對點設(shè)計以及服務(wù)和節(jié)點管理機制可以分散由計算機視覺和語音識別等功能帶來的實時計算壓力。多語言支持利用簡單的、編程語言無關(guān)的接口定義語言去描述模塊之間的消息交互協(xié)議，支持多種不同的編程語言。三、ROS的總體框架文件系統(tǒng)級描述ROS程序文件如何組織和構(gòu)建計算圖級描述ROS程序如何運行開源社區(qū)級描述ROS程序的分布式管理ROS的總體結(jié)構(gòu)，從代碼的維護者和分布情況來分，可以主要分成兩個部分：main：核心部分，它提供了一些分布式計算的基本工具，以及整個ROS核心代碼。universe：全球范圍的代碼，由不同國家的ROS社區(qū)組織開發(fā)和維護。這些代碼又可以分為庫級、功能級和應(yīng)用級代碼。三、ROS的總體框架計算圖級描述ROS程序如何運行

計算圖是ROS處理數(shù)據(jù)的一種點對點的網(wǎng)絡(luò)形式。ROS程序運行時，所有進程以及相關(guān)的數(shù)據(jù)處理，都會通過點對點的網(wǎng)絡(luò)形式表現(xiàn)出來。計算圖級包括幾個重要概念：節(jié)點（node）消息（message）話題（topic）服務(wù)（service）ROS節(jié)點管理器（ROSMaster）三、ROS的總體框架ROS中有無數(shù)的節(jié)點、消息、服務(wù)、工具和庫文件，需要一個有效結(jié)構(gòu)去管理這些代碼文件。在ROS的文件系統(tǒng)級中，有兩個重要概念：文件系統(tǒng)級描述ROS程序文件如何組織和構(gòu)建包（package）ROS的軟件以包的形式組織起來，包包含節(jié)點、ROS依賴庫、數(shù)據(jù)文件、配置文件、第三方軟件以及任何其它的邏輯構(gòu)成。包的目標(biāo)是提供一種易于使用的結(jié)構(gòu)以便更方便地實現(xiàn)軟件復(fù)用。堆（stack）堆是包的集合，提供比包更完整的功能。堆與版本號關(guān)聯(lián)，同時也是發(fā)行ROS軟件的關(guān)鍵。開源社區(qū)級描述ROS程序的分布式管理三、ROS的總體框架主要是指ROS資源的獲取和分享。通過獨立的網(wǎng)絡(luò)社區(qū)，軟件開發(fā)人員可以共享和獲取知識、算法和代碼，開源社區(qū)的大力支持使得ROS系統(tǒng)得以快速成長。這些資源包括：發(fā)行版（Distribution）軟件庫（Repository）ROS維基（ROSWiki）Bug提交系統(tǒng)（BugTicketSystem）郵件列表（Mailinglist）ROS問答（ROSAnswer）博客（Blog）四、ROS開發(fā)常用工具rvizGazeborqt工具TF坐標(biāo)變換rviz是ROS提供的一款三維可視化平臺，它的主要目的是以三維方式顯示ROS消息，可以將數(shù)據(jù)進行可視化表達，另一方面它還可以給對象發(fā)布控制信息，從?實現(xiàn)對機器?的監(jiān)測與控制。rviz的典型界面如圖所示：四、ROS開發(fā)常用工具rvizGazeborqt工具TF坐標(biāo)變換gazebo是一款免費的機器人仿真軟件，能提供高保真度的物理模擬，一整套傳感器模型，以及對用戶和程序非常友好的交互方式。啟動后的界面如圖所示：gazebo具有如下特點：動力學(xué)仿真三維可視化環(huán)境傳感器仿真可擴展插件多種機器人模型TCP/IP傳輸云仿真終端工具四、ROS開發(fā)常用工具rvizGazeborqt工具TF坐標(biāo)變換rqt集成了30多種工具，可以作為一個綜合的GUI工具來使用。rqt是基于Qt（一個廣泛用于計算機編程的GUI編程的跨平臺框架）開發(fā)的，是一個圖形化用戶接口框架，它允許以插件的形式來實現(xiàn)各種圖形工具和接口，因此用戶可以方便自由地開發(fā)和添加rqt插件。四、ROS開發(fā)常用工具rvizGazeborqt工具TF坐標(biāo)變換在Ubuntu終端上執(zhí)行命令rqt，就可以進入rqt的圖形窗口，進行各種管理和調(diào)試操作，如圖所示。進入上方菜單欄的Plugins（插件），里面有很多十分有用的用于ROS調(diào)試的插件，包括：topicsmonitormessagepublishermessagetypebrowerrobotsteeringbagnode_graphprocessmonitorlaunchimageviewplottftreerviz除了在rqt菜單中選擇插件之外，還可以在Ubuntu終端上執(zhí)行專用的命令,也可以達到同樣的調(diào)試效果。四、ROS開發(fā)常用工具rvizGazeborqt工具TF坐標(biāo)變換TF（TransformFrame）就是坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，包括了位置和姿態(tài)兩個方面的變換。TF軟件包實現(xiàn)ROS系統(tǒng)的坐標(biāo)變換，