先放一個(gè)ROSIndustrial一周年剪輯視頻。
ROS已經(jīng)發(fā)布八周年了，在國(guó)外科研機(jī)構(gòu)中非常受歡迎。目前，以美國(guó)西南研究院為首的幾位大佬開(kāi)始嘗試將ROS應(yīng)用在工業(yè)機(jī)器人中，上面這個(gè)視頻就是ROS-I項(xiàng)目一周年的進(jìn)展情況。
為了說(shuō)明講清楚ROS，我就從ROS是什么，為什么使用ROS，如何使用ROS三個(gè)方面展開(kāi)。
△出自今年《機(jī)器人視覺(jué)與應(yīng)用》課程本人制作的課件
是什么
ROS是Robot Operating System的縮寫(xiě)，原本是斯坦福大學(xué)的一個(gè)機(jī)器人項(xiàng)目，后來(lái)由WillowGarage公司發(fā)展，目前由OSRF（Open Source Robotics Foundation,Inc）公司維護(hù)的開(kāi)源項(xiàng)目。
1、首先是一個(gè)操作系統(tǒng)
根據(jù)wikipedia定義，操作系統(tǒng)是用來(lái)管理計(jì)算機(jī)硬件與軟件資源，并提供一些公用的服務(wù)的系統(tǒng)軟件。而ROS也自稱(chēng)是一個(gè)OS。
△計(jì)算機(jī)OS與機(jī)器人OS對(duì)比示意圖
如上圖所示，計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)硬件封裝起來(lái)，而應(yīng)用軟件運(yùn)行在操作系統(tǒng)之上，不用管計(jì)算機(jī)具體應(yīng)用的是什么類(lèi)型的硬件產(chǎn)品。這能大大提高軟件開(kāi)發(fā)效率（否則大家只能都寫(xiě)匯編了）。
同理，ROS則是對(duì)機(jī)器人的硬件進(jìn)行了封裝，不同的機(jī)器人、不同的傳感器，在ROS里可以用相同的方式表示（topic等），供上層應(yīng)用程序（運(yùn)動(dòng)規(guī)劃等）調(diào)用。
2、是一種跨平臺(tái)模塊化軟件通訊機(jī)制
ROS用節(jié)點(diǎn)（Node）的概念表示一個(gè)應(yīng)用程序，不同node之間通過(guò)事先定義好格式的消息（Topic），服務(wù)（Service），動(dòng)作（Action）來(lái)實(shí)現(xiàn)連接。
△ROS分布特點(diǎn)
△三種通訊方式的特點(diǎn)
三種通訊方式的優(yōu)缺點(diǎn)可看上表，由于很多模塊化編程工具都有類(lèi)似功能，這里就不具體展開(kāi)了。
基于這種模塊化的通訊機(jī)制，開(kāi)發(fā)者可以很方便地替換、更新系統(tǒng)內(nèi)的某些模塊；也可以用自己編寫(xiě)的節(jié)點(diǎn)替換ROS的個(gè)別模塊，十分適合算法開(kāi)發(fā)。
此外，ROS可以跨平臺(tái)，在不同計(jì)算機(jī)、不同操作系統(tǒng)、不用編程語(yǔ)言、不同機(jī)器人上使用。
3、是一系列開(kāi)源工具
△幾種ROS工具示意圖：左上rqt_plot，右上rqt_graph，左下Rviz，右下TF
如上圖所示，ROS為開(kāi)發(fā)者提供了一系列非常有用的工具，可以大大提高我們開(kāi)發(fā)的效率。
rqt_plot：可以實(shí)時(shí)繪制當(dāng)前任意Topic的數(shù)值曲線(xiàn)；
rqt_graph：可以繪制出各節(jié)點(diǎn)之間的連接狀態(tài)，和正在使用的Topic等；
TF：TF是Transform的簡(jiǎn)寫(xiě)，利用它，我們可以實(shí)時(shí)知道各連桿坐標(biāo)系的位姿，也可以求出兩個(gè)坐標(biāo)系的相對(duì)位置。
Rviz：超強(qiáng)大的3D可視化工具，可以顯示機(jī)器人模型、3D電影、各種文字圖標(biāo)、也可以很方便二次開(kāi)發(fā)；
△在Rviz里顯示機(jī)器人模型、3D點(diǎn)云、物體模型等
△在Rviz里也可以實(shí)現(xiàn)方便交互功能
除此之外，ROS還有很多其他有用的開(kāi)源工具等待大家探索。
4、是一系列最先進(jìn)的算法
△ROS包含許多先進(jìn)的機(jī)器人開(kāi)源項(xiàng)目
除了ROS之外，世界上已經(jīng)有很多非常優(yōu)秀的機(jī)器人開(kāi)源項(xiàng)目，但是ROS正逐漸將它們一一囊括在自己的范疇里。例如：
PS：我跟ROS的其他幾個(gè)開(kāi)發(fā)者也正在努力將LinuxCNC整合進(jìn)ROS
OROCOS：這個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目主要側(cè)重于機(jī)器人底層控制器的設(shè)計(jì)，包括用于計(jì)算串聯(lián)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)值解的KDL、貝葉斯濾波、實(shí)時(shí)控制等功能。
OpenRave：這是在ROS之前最多人用來(lái)做運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的平臺(tái)，ROS已經(jīng)將其中的ikfast（計(jì)算串聯(lián)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)解析解）等功能吸收。
Player：一款優(yōu)秀的二維仿真平臺(tái)，可以用于平面移動(dòng)機(jī)器人的仿真，現(xiàn)在在ROS里可以直接使用。
OpenCV：大名鼎鼎的機(jī)器視覺(jué)開(kāi)源項(xiàng)目，ROS提供了cv_bridge，可以將OpenCV的圖片與ROS的圖片格式相互轉(zhuǎn)換。
OMPL：現(xiàn)在最著名的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃開(kāi)源項(xiàng)目，已經(jīng)成了MoveIt的一部分。
Visp：一個(gè)開(kāi)源視覺(jué)伺服項(xiàng)目，已經(jīng)跟ROS完美整合。
Gazebo：一款優(yōu)秀的開(kāi)源仿真平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力學(xué)仿真、傳感器仿真等，也已被ROS吸收。
△左下角gazebo，右下角Rviz
當(dāng)然，除了吸收別的優(yōu)秀開(kāi)源項(xiàng)目，ROS自己也發(fā)展出許多非常優(yōu)秀的項(xiàng)目和庫(kù)。
ORK：一個(gè)物體識(shí)別與位姿估計(jì)開(kāi)源庫(kù)，包含LineMod等算法，但實(shí)際使用效果還不是太理想。
△LineMod識(shí)別效果
