(优选)机器人操作系统ROS现状与应用实例.
机器人操作系统ROS的使用方法及特点
机器人操作系统ROS的使用方法及特点机器人操作系统（Robot Operating System，简称ROS）是一个开源的、灵活的机器人软件平台，被广泛应用于机器人研究和开发领域。
ROS不仅提供了一系列工具和库，还为研究者和开发者提供了丰富的资源和社区支持。
本文将介绍ROS的使用方法和其独特的特点。
一、ROS的使用方法1. 安装ROS：首先，要使用ROS，需要在计算机上安装ROS软件包。
ROS目前支持多个操作系统，包括Ubuntu、Fedora和Mac OS。
安装ROS后，可以通过命令行或图形界面来管理和使用ROS。
2. 创建和管理工作空间：ROS使用工作空间（workspace）来组织和管理项目。
创建一个新的工作空间后，可以在其中添加和管理各个功能包（package），每个功能包都包含了特定的代码和文件。
通过合理地组织工作空间和功能包，可以更方便地进行开发和调试。
3. 使用ROS命令行工具：ROS提供了一系列命令行工具，用于快速实现各种功能。
例如，可以使用roscd命令定位到某个功能包的目录下，使用roscore命令启动ROS的核心功能，使用rosrun命令运行节点（node）等。
熟悉并灵活运用这些命令行工具，可以大大提高工作效率。
4. 编写ROS程序：ROS支持多种编程语言，包括C++、Python和Lisp等。
可以根据自己的需求选择合适的编程语言，并通过ROS提供的API进行开发。
编写ROS程序时，可以利用ROS的通信机制实现不同节点之间的数据交流和协作，从而构建复杂的机器人应用。
5. 使用ROS的传感器和执行器接口：ROS提供了丰富的传感器和执行器接口，方便开发者与机器人的硬件进行通信。
例如，可以使用ROS提供的ROS driver来访问和控制摄像头、激光雷达等传感器；使用ROS的控制器接口来操作机械臂、轮式驱动等执行器。
这些接口可以大大简化硬件驱动的开发工作。
6. 利用ROS社区资源：ROS拥有庞大的用户社区，研究者和开发者可以在社区中获取各种资源和支持。
基于ROS的机器人软件系统设计与实现
基于ROS的机器人软件系统设计与实现一、引言机器人技术的发展已经成为现代科技领域的热点之一。
随着人工智能、自动化和机器学习等领域的不断进步，机器人在工业、医疗、农业等各个领域都发挥着重要作用。
在机器人系统中，软件系统的设计与实现是至关重要的一环。
本文将基于ROS（Robot Operating System），探讨机器人软件系统设计与实现。
二、ROS简介ROS是一个开源的机器人操作系统，它提供了一系列用于开发和管理机器人软件系统所需的工具和库。
ROS采用分布式架构，可以将不同模块分布在不同计算节点上，并通过消息传递进行通信。
这种架构使得开发者可以模块化地设计和实现各个功能模块，并方便地进行集成。
三、机器人软件系统设计1. 系统架构设计在进行具体功能模块设计之前，需要先进行整体架构设计。
根据具体需求和任务，可以采用层次化或者模块化等不同方式来组织整个软件系统。
通过合理地划分功能模块，并确定各个模块之间的依赖关系，可以提高系统的可维护性和可扩展性。
2. 功能模块设计功能模块是机器人软件系统的核心组成部分。
在设计功能模块时，需要考虑到机器人的具体任务和环境。
例如，对于一个移动机器人，可以设计导航模块、感知模块、控制模块等。
在每个功能模块中，需要确定具体的算法和方法，并考虑到实时性、精度等要求。
3. 消息传递与通信在ROS中，消息传递是实现不同节点之间通信的重要方式。
通过定义消息类型和话题（Topic），可以实现节点之间的数据传递和共享。
在设计消息类型时，需要考虑到数据结构和数据量，并通过ROS提供的工具进行定义。
四、机器人软件系统实现1. 软件开发环境搭建在进行机器人软件系统开发之前，需要先搭建相应的开发环境。
ROS提供了一系列工具和库来支持开发者进行软件开发。
通过安装ROS，并配置相应依赖库和工具包，可以方便地进行开发调试。
2. 软件编写与调试根据前面设计得到的整体架构和功能模块，在ROS中编写相应代码来实现功能。
机器人操作系统ROS的安装与应用开发指南
机器人操作系统ROS 的安装与应用开发指南机器人操作系统(Robot Operating System,ROS) 是一个开源的、灵活的机器人软件平台，它被广泛应用于机器人研发领域。
ROS 提供了一系列的工具和库，帮助开发者构建机器人应用程序。
本文将为您介绍R OS 的安装方法和应用开发指南，帮助您快速入门ROS 的世界。
一、ROS 的安装方法1.确认操作系统：ROS 可以运行在多种操作系统上，包括Ubuntu、Debian、Fedora等。
确保您的操作系统版本符合ROS 的要求。
2.安装R OS: 您可以通过命令行或者G UI 的方式安装R OS 。
以Ubuntu 为例，可以使用以下命令安装ROS:1sudo apt-get updatesudo apt-get install ros-<distro>-desktop-full其中，<distro> 代表您所选择的ROS 版本，如Kinetic 、Melodic 等。
3.初始化R OS 环境：安装完成后，需要初始化ROS 环境。
可以通过以下命令完成初始化：source /opt/ros/<distro>/setup.bash4.配置ROS 工作空间：ROS 提供了工作空间(workspace) 的概念，方便用户组织和管理开发项目。
可以通过以下命令创建并配置工作空间：mkdir -p~/catkin_ws/srccd ~/catkin_ws/catkin_makesource devel/setup.bash\至此，R OS 的安装已经完成。
您可以通过运行命令r osversion -d`来验证R OS 版本。
二、R0S 应用开发指南1.创建R OS 程序包：在R OS 中，程序的基本单元是包(package)。
可以使用以下命令创建一个新的R OS 程序包：cd ~/catkin_ws/srccatkin_create_pkg <package_name>std_msgs rospy roscppV 1 V其中，<package_name> 代表您所创建的包的名称。
ROS机器人操作系统的实践与应用
ROS机器人操作系统的实践与应用机器人，在很多人的印象中，只是电影和科幻小说中的存在。
但现实中，随着科技的发展，机器人已经广泛应用于制造业、服务业、医疗健康、教育、农业等多个领域。
而ROS，作为机器人操作系统中最为主流的一个，更是受到了越来越多的关注和应用。
ROS全称Robot Operating System，是一个开源的机器人操作系统。
ROS的目标是成为一个贯穿整个机器人行业的平台，通过提供一套通用的机器人软件框架，将机器人的开发和应用从底层硬件解耦，并实现机器人开发生态的繁荣发展。
ROS 丰富的工具和库不仅对机器人研究人员、教育者、初学者提供了全面支持，同时也广泛应用于航空航天、军事、工业和服务业等各个领域。
在ROS的框架下，开发者可以很方便地搭建机器人控制系统、SLAM、自主导航、机器视觉、机器学习等多种功能模块。
本文将从ROS的架构和特点、ROS的安装和使用、ROS的应用案例三个方面来介绍ROS的实践与应用。
一、ROS的架构和特点ROS的架构分为四个层次，从下往上分别是硬件驱动层、操作系统层、核心功能层和应用层。
在这四个层次中，ROS主要提供了三个特点：分布式通信、跨平台运行和模块化设计。
1. 分布式通信在ROS中，节点（node）是最基本的通信单元。
节点通过廉价的网络连接方式进行通信，并且节点之间的通信与物理拓扑和硬件无关。
这种分布式通信的方式，可以让ROS机器人系统拥有更高的可扩展性和灵活性，适用于机器人研究和应用中的各种需求。
2. 跨平台运行ROS是一个完全的跨平台机器人操作系统。
它支持在Linux、Mac OS X和Windows等多个平台上运行，并提供了许多语言的API支持，如C++、Python、Java等。
这种跨平台的设计，增强了ROS的移植性和可测性，使开发者能更方便地开发和测试机器人软件。
3. 模块化设计ROS提供了一种模块化的设计方式，即将各个相关的模块封装成一个ROS包（package），并通过包管理器的方式进行发布和分享。
机器人操作系统ROS架构设计与实现
机器人操作系统ROS架构设计与实现随着机器人技术的发展，机器人操作系统ROS 成为了一个备受关注的话题。
ROS (Robot Operating System)是一个开源、灵活、分布式的机器人操作系统，它是一个用于构建机器人软件的框架，提供了诸如硬件抽象层、驱动程序、库、可视化工具、消息传递等功能。
ROS 的设计思想是基于节点 (Node) 和主题 (Topic) 的。
节点是用于执行特定的任务的一个进程，而主题则可以理解为节点之间传递数据的通道。
因此，ROS 与其他传统的操作系统不同之处在于，它不是一个完整的操作系统，而是一个基于现有操作系统构建的软件框架。
下面我们将从ROS 的架构、通信机制、节点、主题以及消息等方面来具体介绍ROS。
1.ROS 的架构设计ROS 被设计为一个分布式系统，可以跨越多台计算机进行操作。
ROS 的架构由许多独立的节点组成，这些节点可以通过网络来进行通信。
ROS 系统的核心是ROSmaster, 它为所有的节点协调通信。
ROSmaster 是ROS 节点的注册和发现机制，节点在启动时将自己的信息注册到ROSmaster 中，之后其他节点就可以通过ROSmaster 来找到所需的节点。
ROS 架构中还有一些核心概念，如节点、主题、服务、参数等，下面我们将分别讲述。
2.ROS 通信机制ROS 中的通信机制采用的是基于发布/订阅模式的消息传递机制。
一个节点可以发布一个消息到一个主题，另一个节点可以订阅该主题以接收该消息。
这种机制可以使节点之间实现松散耦合。
3.ROS 节点ROS 中的节点是一个精细而集中的控制单元，ROS 节点负责执行特定的任务。
ROS 节点通常包括发送和接收消息、订阅主题和发布主题这些操作。
节点还可以处理一些来自传感器或执行器的数据。
4.主题ROS 中的主题是节点之间传递数据的通道。
主题的名称可以是任意的字符串。
一个节点可以发布一个主题并给它命名，其他节点可以通过该名称来订阅该主题，从而接收到该主题中的消息。
机器人操作系统ROS的性能评估与优化
机器人操作系统ROS的性能评估与优化一、引言机器人操作系统ROS是专为机器人软件开发而设计的开源框架。
ROS不仅提供了一套完整的工具链，还提供了一系列的软件包和库以支持机器人在各种情况下进行自主决策、感知、导航和操作。
在当前机器人技术飞速发展的背景下，ROS已经成为开发机器人应用程序的首选框架之一。
然而，随着机器人应用程序的日益复杂和规模的不断扩大，ROS的性能也逐渐成为了制约机器人应用程序性能的瓶颈。
因此，如何对ROS系统进行性能评估和优化，成为了当前研究的热点问题。
本文将对ROS的性能进行评估，并针对评估结果提出一系列的优化策略和方法，以期提高机器人应用程序的性能和效率。
二、ROS的性能评估ROS的性能评估可以从两个方面展开——运行时性能和系统资源占用情况。
1. 运行时性能ROS的运行时性能主要包括传输延迟、带宽利用率、数据处理速度等方面。
这些性能指标可以通过以下方法进行评估：（1）数据传输延迟数据传输延迟是指从一个节点发送数据到另一个节点接收到数据所需的时间。
可以通过以下方式来评估传输延迟：- 使用rostopic hz命令进行测试- 在节点中使用rclcpp::Timer定期发送测试消息，再计算接收到测试消息所需的时间（2）带宽利用率带宽利用率指数据传输所占用的带宽百分比。
可以通过下列方法来评估带宽利用率：- 使用rostopic bw命令进行测试- 在节点中统计发送的消息量，然后通过节点的宽带以及传输延迟来估算带宽利用率（3）数据处理速度数据处理速度是指收到数据到处理完成所需的时间。
可以通过以下方式来评估数据处理速度：- 测量在不同的输入消息速率下节点的平均数据处理速度- 测量在不同的订阅者数量下节点的平均数据处理速度2. 系统资源占用情况除了运行时性能，我们还需要考虑ROS对系统资源的占用情况，包括CPU、内存、磁盘等。
可以通过下列方法来评估系统资源占用情况：（1）CPU占用率CPU占用率是指ROS系统对CPU的使用情况。
机器人操作系统ROS_现状与应用实例李宝全
机器人操作系统ROS_现状与应用实例李宝全机器人操作系统（Robot Operating System，简称ROS）是由Open Robotics开发的一套开源机器人软件框架，提供了一系列的工具、库和软件包，用于帮助开发者创建机器人应用程序。
ROS的设计目标是提供一种标准化的平台，使得机器人的开发更加方便、快捷，并且可以共享和复用其他开发者的代码和功能模块。
ROS目前已经成为最受欢迎的机器人操作系统之一，广泛应用于研究、教育和商业领域。
目前，ROS在许多领域都有广泛的应用。
以下是一些ROS的应用实例：1. 自主导航：ROS提供了一套功能强大的导航库，可以帮助机器人在未知环境中自主导航。
通过使用ROS的导航库，开发者可以方便地创建地图、规划路径和执行导航任务。
例如，Clearpath Robotics的Husky机器人使用ROS进行自主导航，实现了在野外和室内环境中的自主运动。
2. 物体识别与抓取：ROS提供了各种视觉处理库和算法，用于物体识别和抓取。
通过使用这些库，开发者可以方便地实现机器人的视觉感知功能，例如识别特定物体、计算物体的位置和姿态等。
Intel的Project Euclid使用ROS进行物体识别和3D建模，实现了智能抓取和物体跟踪的功能。
3. 人机交互：ROS提供了用于人机交互的库和工具，可以帮助开发者创建人机对话和交互界面。
通过ROS的人机交互库，开发者可以实现语音识别、自然语言处理和手势控制等功能。
例如，Willow Garage的PR2机器人使用ROS进行人机交互，实现了通过语音和手势控制机器人的功能。
4.教育和研究：ROS提供了一套完整的教育和研究工具，用于教学和科研目的。
通过ROS，学生和研究者可以学习和研究机器人相关的算法和技术，并且可以共享和复用其他人的工作成果。
ROS在全球范围内被广泛应用于机器人课程和研究项目中。
5. 商业应用：目前，许多机器人公司和初创企业都使用ROS作为机器人软件开发的基础框架。
ROS机器人开发实用案例分析
ROS机器人开发实用案例分析
随着现代科技的发展，机器人在世界各地开始发挥重要作用。
其中，
基于开源Robot Operating System（ROS）的机器人开发已经成为机器人
开发中重要的一环。
ROS机器人开发提供了一个功能强大的开发环境，可
以用来设计，实现和测试机器人行为。
ROS机器人开发流程分为三个主要步骤：设计，实现和测试机器人行为。
首先，在设计阶段，必须明确需求，明确应用目标和机器人硬件规格。
接下来，在实现阶段，开发者需要构建机器人硬件，然后利用ROS开发工
具进行软件开发。
最后，在测试阶段，在模拟环境中开发者需要测试机器
人的性能，确保其能够满足需求。
下面将介绍一个典型的基于ROS的机器人开发案例-导航机器人的开发。
第一步，针对导航机器人的开发，必须明确应用目标。
一般来说，导
航机器人的应用目标包括：自动行走，识别特定的物体，在模拟环境中自
主完成特定任务等。
第二步，要实现上述目标，必须构建机器人硬件，具体硬件组件包括：机器人车体，传感器，计算机，电机等。
第三步，安装ROS开发工具，并通过ROS框架提供的消息，服务，发
布和订阅功能实现应用软件设计。
第四步，测试机器人性能，确保机器人完成预期任务。
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图像的发布: 笔记本内置摄像头
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图像的发布: 外置USB摄像头
• 也需要利用包usb_cam • 由于外接USB摄像头的设备名为video1，因此将设
备名的语句修改为
• 对于机器人的相关功能，不使用ROS也能实现. 但ROS 使得机器人软件搭建的工作更方便，效率更高。
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ROS的程序的核心
• 节点
– 即可执行文件 – 由.cpp文件编译生成而来(指C++)
• 节点之间的通讯
– 节点间信息的发布与接收 – Publish – Subscribe
8
节点
• 将整个工程（Project）模块化，每个节点即为一个 模块。
15
Hello World程序
16
Hello World程序
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ROS的几个例程
• Hello world • 图像 • 先锋机器人P3AT/P3DX • KinectSkeleton • Voice • Network通讯
18
ROS的几个例程: 图像
• 图像的发布: 对应ROS中的Publisher. 以如下三个 图像源举例:
机器人操作系统ROS现状与应用 实例
ROS- Robot Operating System
What
&
现状
Hale Waihona Puke WhyHow& 几个应用例程
Results
Summary
综合实例:体感远程控制
2
应用火爆的ROS
• ROS Repositories (>50) Map:
3
应用火爆的ROS
• Robotics & Automation Magazine, IEEE • 该杂志上设立了专题讨论区：ROS Topics • 下方图片是在最新一期中ROS Topics的论文
– 话题的名称: Topic：发布者与订阅者之间数据传输“管道” 的名字，为一字符串
– 消息: Message: 传输数据的类型，例如int, char，自定义 类型。
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ROS- Robot Operating System
What
&
现状
Why
How
& 几个应用例程
Results
Summary
综合实例:体感远程控制
– Kinect的RGB摄像头 – 笔记本内置摄像头 – 外接USB摄像头
• 图像的接收: 对应ROS中的Subscriber • 图像的处理:
– 可以与OpenCV相结合 (OpenCV与ROS均属于Willow Garage公司, 所以….)
– 用户可以在该步骤中进行任意的图像处理操作(“so you can do everything in this step”)
19 • 图像的显示: 与OpenCV相结合
图像的发布: Kinect的RGB摄像头
• 首先对Kinect设备进行配置, 并进行初始化
– 由于Kinect与ROS相互支持, 因此配置过程非常简便
• 初始化Kinect的过程就是发布一些列Topic的过程, 这些Topic包括:
– /camera/rgb/image_color:
• 节点间的通讯：
– Topic（话题的名称）：“chatter” – Message（传递的数据类型）：std_msgs::String
• String为 ROS自定义的数据类型 • String中包含唯一变量为 std::string data
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Hello World程序
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Hello World程序
• 该话题即对应于我们需要的RGB图像数据
• 至此图像发布的任务完毕
• 若想把图像显示出来, 需要进行下一节“图像的接收与 显示”
– /camera/rgb/image_raw: RGB图像的原始数据
– /camera/grey : 这是灰度图像
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– /camera/depth: 这是场景深度图像
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ROS的几个例程
• Hello world • 图像 • 先锋机器人P3AT/P3DX • KinectSkeleton • Voice • Network通讯
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Hello World程序
• 节点: 2个
– 节点talker (talker.cpp) : 包含一个发布者 – 节点listener (listener.cpp) : 包含一个接收者
• 每个节点都可以单独维护，比如现在有N个节点已 经在运行了，用户可以再编写第N+1个节点，然后 编译，然后运行，即有N+1个节点共同运行。
• 每个节点有唯一的名字 • 节点之间可借助网络跨主机共同运行.
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节点之间的通讯
• 发布者Publisher • 订阅者Subscriber • 话题: 发布者与订阅者之间的通讯方式
图像的发布: Kinect的RGB摄像头
图: R21viz中显示出的Kinect发布的点云信息
图像的发布: 笔记本内置摄像头
• 对于笔记本内置USB摄像头的图像获取, 要比 Kinect复杂. 这是由于ROS对Kinect的支持包括了图 像Topic的发布, 而对于计算机的内置/外置USB摄像 头, 需要我们自己做些操作
• 下载usb_cam包: https:///bosch-rospkg/usb_cam.git . 包含如下3个文件
– //usb_cam.h – //usb_cam.cpp: 由于是在Ubuntu (12.04)系统下进行的,
因此里面用到了Linux的V4L2视频驱动与服务 – //usb_cam_node.cpp 摄像头的图像在此节点中发布
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应用火爆的ROS
• 新加坡南洋理工大学（NTU）机器人相关实验室大家都 在用，已经形成了全民一起上的局面
• 所见的应用设备：
– Pioneer3AT/DX – Kinect – AR.Drone – TurtleBot
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ROS体系
• Main：由Willow Garage公式维护核心部分程序 • Universe：全球范围的代码，由其它个人/组织维护相关
知识库（Repository），即功能包（例如先锋机器人的 ROSARIA，Kinect的openni_tracker, 语言识别 pocketsphinx）
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几点说明
• 虽然ROS的名字为“机器人操作系统”，但不是真正的 操作系统，只是说它可以提供类似于操作系统的一些服 务，比如底层通讯, 分布式控制。