机器人操作系统ROS_现状与应用实例
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。
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的应用研究
机器人操作系统ROS的应用研究第一章：引言机器人操作系统（ROS）是机器人领域中的一个重要开源软件平台。
它提供了一系列的软件库和工具，可以帮助工程师们实现快速、高效、灵活的机器人应用程序开发。
在过去的几年中，ROS已经成为了机器人研究和开发的常用工具。
本文将重点介绍ROS在机器人应用领域的应用研究。
第二章：ROS的基本概念ROS作为一个开源工具，它的基本概念相对而言比较简单，主要包括以下几个方面：1. 节点（Node）：以进程的形式运行的ROS基本单元，它可以运行在不同的设备上。
2. 话题（Topic）：用于节点之间的消息传递，相当于ROS中的“邮政系统”，节点可以发布和订阅话题消息。
3. 服务（Service）：用于节点之间的请求与响应，相当于ROS 中的“快递系统”，节点可以提供响应服务或请求服务。
4. 行为（Action）：与服务类似，是一种状态机，可以控制机器人执行特定的动作或任务。
5. 包（Package）：ROS中的软件程序单元，包含了ROS的代码、配置以及依赖等信息。
6. 消息（Message）：用于节点之间的数据通信，用于描述传递的信息。
第三章：ROS在机器人应用中的应用ROS在机器人领域的应用广泛，可以应用于机器人的各个方面。
以下是ROS在不同应用场景下所扮演的角色：1. 室内移动机器人：ROS提供了基本的路径规划和导航功能，可以帮助机器人避开障碍物，安全而高效地长途行驶。
2. 自主飞行器：ROS提供了基本的无人机控制功能，包括姿态估计、状态控制、传感器数据处理等。
3. 工业机器人：ROS提供了基本的运动规划和控制功能，可以实现复杂的运动轨迹控制，加工和制造任务等。
4. 人形机器人：ROS可以帮助实现复杂姿态控制和行走控制，可以输入传感器读取任务信息，实现复杂的任务。
5. 自动驾驶系统：ROS可以配合卡尔曼滤波等算法，辅助实现机器人定位和环境感知，并完成自动驾驶任务。
第四章：ROS的优缺点分析1. 优点：（1）应用领域广泛，能够应用于不同类型的机器人设备中。
ROS机器人操作系统的应用和开发
ROS机器人操作系统的应用和开发ROS（Robot Operating System）是一种自由开源的机器人操作系统，是目前最流行的机器人软件平台之一。
它提供了许多功能强大的工具和库，使机器人开发变得更加容易和高效。
本文将深入探讨ROS机器人操作系统的应用和开发。
一、ROS的基本概念ROS是一个分布式系统，它包括一系列节点（Node）、主题（Topic）和服务（Service）。
节点是ROS系统中的基本单元，每个节点都是一个独立的进程，它们可以相互通信。
主题是节点之间进行消息传输的渠道，用于发布和订阅消息。
服务则是用于节点之间进行请求和响应的机制。
ROS还提供了广泛的工具和库，包括可视化工具、仿真软件、导航和感知系统、机器学习框架等。
二、ROS的应用领域ROS被广泛应用于机器人领域，包括灵巧操作机器人、农业机器人、医疗机器人、家庭服务机器人、自动驾驶车辆等。
以下是ROS在不同领域的应用示例：1. 智能家居ROS可以用于智能家居系统的开发，例如智能灯光、电视、音响等设备的控制。
通过ROS，这些家用设备可以互相通信，从而实现智能化控制。
2. 农业机器人ROS可以用于农业机器人的开发，例如自动化太阳能灌溉系统、自动化收割机等。
ROS可以帮助开发者实现机器人的自主导航、自动识别和收集农作物等功能。
3. 医疗机器人ROS可以用于医疗机器人的开发，例如外科手术助手、康复机器人等。
ROS可以帮助开发者实现机器人的高精度、高效率和高可靠性操作。
4. 自动驾驶车辆ROS可以用于自动驾驶车辆的开发，例如全自动驾驶的出租车。
ROS可以帮助开发者实现机器人的多传感器融合、路径规划和环境感知等功能。
三、ROS的开发过程ROS的开发可以分为以下几个步骤：1. 安装ROS在使用ROS之前，我们首先需要安装ROS环境。
ROS支持多种操作系统，包括Ubuntu、Debian、Fedora等。
安装ROS的方法可以在ROS官网上找到。
机器人操作系统的研究与应用
机器人操作系统的研究与应用随着科技的不断发展，机器人已经逐渐成为了我们生活和工作中的不可或缺的一部分。
在不同的领域里，机器人也发挥着越来越重要的作用。
为了让机器人更加智能化和自动化，研究和开发机器人操作系统是十分必要的。
一、机器人操作系统的定义机器人操作系统（Robot Operating System，ROS）是一种开源的机器人软件框架，可以用来构建各种类型的机器人应用。
它提供了一系列的工具和库，包括通讯、控制、感知、调试、仿真和可视化等功能。
ROS最初是由斯坦福人工智能实验室开发的，现在已经成为了全球各大机器人研究院所所采用的一个标准。
二、机器人操作系统的优势机器人操作系统的优势主要体现在以下几个方面：1. 开源性。
ROS是一个开源的软件框架，用户可以自由的获取其源代码以及相关的资料，这也意味着用户可以自己进行开发和改进。
2. 易用性。
ROS提供了一系列易用的应用程序接口（API），使用户可以很轻松的编写机器人应用程序。
3. 模块化。
ROS采用了模块化的设计方法，使得用户可以按需要选择仅需要的部分，从而减少了复杂性。
4. 易于维护。
ROS的软件包管理系统比较完善，用户可以很方便的安装和更新其软件包，同时ROS社区也提供了比较完善的技术支持。
三、机器人操作系统的应用机器人操作系统广泛应用于各种机器人领域，例如自动驾驶车辆、服务机器人、工业机器人、军事机器人、医疗机器人、农业机器人等。
以下是机器人操作系统在不同领域中的应用：1. 自动驾驶车辆。
ROS可以用于控制自动驾驶车辆的所有方面，例如感知、定位、路径规划、控制等。
Google的自动驾驶汽车就采用了ROS作为其软件框架。
2. 服务机器人。
ROS可以用于开发各种服务机器人，例如智能家居控制器、智能机器人助手等。
例如，Robotis公司的TurtleBot2就是一个采用ROS的服务机器人。
3. 工业机器人。
ROS可以用于控制工业机器人的运动和位置，同时还可以和其他“工业4.0”相关技术进行整合。
ros编程项目案例
ros编程项目案例ROS（Robot Operating System）是一种开源的机器人操作系统，提供了一系列的库和工具，用于帮助开发者构建机器人应用程序。
在ROS编程中，开发者可以使用C++或Python等编程语言进行开发，实现机器人的感知、控制、导航等功能。
下面是一些符合题目要求的ROS编程项目案例：1. 智能巡线车：使用ROS和视觉传感器，实现一个能够自主巡线并避障的智能小车。
通过摄像头获取实时图像，在ROS中进行图像处理，识别巡线路径并控制小车沿路径行驶。
2. 智能家居控制系统：利用ROS和各种传感器（如温度传感器、湿度传感器、光照传感器等），实现一个智能家居控制系统。
通过ROS 中的节点通信机制，实时获取传感器数据，并根据预设的规则控制家居设备的开关。
3. 自主导航机器人：利用ROS和激光雷达等传感器，实现一个能够自主导航的机器人。
通过激光雷达获取环境地图，并使用SLAM算法进行建图和定位，然后使用导航算法规划路径，实现机器人的自主导航功能。
4. 机器人视觉导航：利用ROS和深度学习算法，实现一个能够通过视觉感知进行导航的机器人。
通过摄像头获取实时图像，在ROS中进行图像识别和目标检测，然后使用导航算法规划路径，实现机器人的视觉导航功能。
5. 机器人语音控制：利用ROS和语音识别技术，实现一个能够通过语音进行控制的机器人。
通过麦克风获取语音输入，在ROS中进行语音识别，然后根据识别结果执行相应的控制命令，实现机器人的语音控制功能。
6. 机器人物体抓取：利用ROS和机械臂控制算法，实现一个能够自主抓取物体的机器人。
通过深度摄像头获取物体的三维信息，在ROS中进行目标检测和位置估计，然后使用机械臂控制算法控制机械臂进行抓取动作。
7. 机器人编队控制：利用ROS和无线通信技术，实现一个能够实现编队控制的多机器人系统。
通过ROS中的通信机制，实现多个机器人之间的数据传输和协调，实现编队控制算法，使机器人能够协同工作完成任务。
机器人操作系统的研究及其应用
机器人操作系统的研究及其应用第一章：引言机器人操作系统是控制机器人行为的核心系统。
它能够处理机器人的感知、决策、执行等任务，是机器人技术不可或缺部分。
近年来，随着机器人应用领域的不断扩大和机器人的人工智能技术的快速提升，机器人操作系统也在不断向更高效、更智能的方向发展。
本文将介绍机器人操作系统的研究现状、主要应用领域以及未来的发展趋势。
第二章：机器人操作系统的研究现状目前，国内外对机器人操作系统的研究已经十分深入。
传统的机器人操作系统主要采用的是Linux、Windows等操作系统平台。
这些操作系统平台具有通用性，但是在处理实时性和可靠性方面会有所不足。
因此，出现了专门针对机器人开发的实时操作系统，如VxWorks、RTinux等。
此外，随着人工智能技术的快速发展，机器人操作系统也在不断进行着人工智能方向上的探索。
例如机器人操作系统ROS （Robot Operating System）就具备了很强的人工智能技术。
ROS是一种机器人软件开发平台，它提供了多种机器人软件工具，并提供了标准化的通信、计算和控制手段，旨在方便机器人开发人员构建高效、稳定和可靠机器人应用。
ROS具有很好的通用性和灵活性，能够运用于多种机器人系统中。
第三章：机器人操作系统的主要应用领域机器人操作系统广泛应用于工业自动化、服务机器人、医疗机器人、军事等多个领域。
在工业自动化领域，机器人操作系统能够实现工厂自动化制造，可以通过机器人协助完成组装、加工、包装等工作，大大提高了生产效率。
在服务机器人领域，机器人操作系统能够实现语音识别、自然语言理解、图像识别等功能，可以帮助人们开展日常生活服务，如清扫、洗涤、煮饭等。
在医疗机器人领域，机器人操作系统可以协助医生进行手术、输液等医疗行为，有效地降低了手术难度和风险。
在军事领域，机器人操作系统可以应用于无人机、无人潜艇等军事机器人的控制系统中，能够完成侦查、监视等任务，大大提高了军事行动效率和安全性。
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。
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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:
– 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….)
• 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。
• 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。
6
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。
• 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。
7
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++)
• 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
4
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
5
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）
南开大学首届机器人学博士生论坛
ROS - Robot Operating System: 现状与应用实例
李宝全
南开大学 ：2014-7-3
1
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
2
应用火爆的ROS
• 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
12
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
• 节点间的通讯：
– Topic（话题的名称）：“chatter” – Message（传递的数据类型）：std_msgs::String
22
图像的发布: 笔记本内置摄像头
23
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
• 除此之外, 其它操作与上一节的内置摄像头图像 发布一致
10
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
11
ROS的几个例程
• Hello world • 图像 • 先锋机器人P3AT/P3DX • KinectSkeleton • Voice • Network通讯
• 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.
9
节点之间的通讯
• 发布者Publisher • 订阅者Sub 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。
• String为 ROS自定义的数据类型 • String中包含唯一变量为 std::string data
13
Hello World程序
14
Hello World程序
15
Hello World程序
16
Hello World程序
17
ROS的几个例程
• Hello world • 图像 • 先锋机器人P3AT/P3DX • KinectSkeleton • Voice • Network通讯
– 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”)
• 图像的显示: 与OpenCV相结合
19
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
– /camera/grey : 这是灰度图像
20
图像的发布: Kinect的RGB摄像头
21
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
• 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:
• 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