一起自学SLAM算法：1.1 ROS简介

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写在前面

第1章-ROS入门必备知识

        1.1 ROS简介

        1.2 ROS开发环境搭建

        1.3 ROS系统架构

        1.4 ROS调试工具

        1.5 ROS节点通信

        1.6 ROS其他重要概念

        1.7 ROS2.0展望

第2章-C++编程范式

第3章-OpenCV图像处理

第4章-机器人传感器

第5章-机器人主机

第6章-机器人底盘

第7章-SLAM中的数学基础

第8章-激光SLAM系统

第9章-视觉SLAM系统

第10章-其他SLAM系统

第11章-自主导航中的数学基础

第12章-典型自主导航系统

第13章-机器人SLAM导航综合实战

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可能很多初学者听到ROS机器人操作系统，就被操作系统几个字吓住了。其实，简单点说ROS就是一个分布式的通信机制，帮助程序进程之间更方便地实现通信。一个机器人通常包含多个部件，比如四肢、视觉、听觉等都有配套的控制程序。那么要协调一个机器人中的这些部件，或者协调由多个机器人组成的机器人集群，怎么办呢？这时就需要让分散的部件之间能够互相通信，在多机器人集群中，这些分散的部件还分散在不同的机器人上。解决这种分布式的通信问题正是ROS被设计出来的初衷，随着越来越多的人参与ROS开发及源码贡献，涌现了大量的第三方工具和实用开源软件包，ROS才变成现在的样子。ROS的前身是斯坦福大学人工智能实验室的STAIR（Stanford AI Robot，斯坦福人工智能机器人）项目，随后由美国的机器人公司Willow Garage承接进行ROS的实际开发，Willow Garage解体后ROS就转让给了OSRF（Open Source Robotics Foundation，开源机器人基金会），OSRF后来又更名为Open Robotics。目前ROS由Open Robotics管理运营，如图1-1所示为ROS的象征性图标，另外ROS的吉祥物是一只小海龟（Turtle）。

 图1-1  ROS的图标

一个经常让初学者困惑的地方是，学会了ROS就算是学会机器人开发了吗？当然不是，严格意义上讲ROS只是一套通信机制而已，机器人中的各种算法和应用程序依然是用C++/Python等常见编程语言进行开发。

1.1.1 ROS性能特色

在正式学习ROS之前，先介绍ROS的几个特性来帮大家建立一些感性的认识。ROS的特性主要有以下几个：

• 元操作系统
• 分布式通信机制
• 松耦合软件框架
• 丰富的开源功能库

特性1：ROS是一个机器人领域的元操作系统。也就是说它并不是真正意义上的操作系统，其底层的任务调度、编译、设备驱动等还是由它的原生操作系统Ubuntu Linux完成。ROS实际上是运行在Ubuntu Linux上的亚操作系统或者说软件框架，但提供硬件抽象、函数调用、进程管理这些类似操作系统的功能，也提供用于获取、编译、跨平台的函数和工具。

特性2：ROS是一套分布式通信机制。其核心思想就是将机器人的软件功能做成一个个节点，节点之间通过互相发送消息进行沟通。这些节点可以部署在同一台主机上，也可以部署在不同主机上，甚至还可以部署在互联网上。ROS网络通信机制中的主节点（Master）负责对网络中各个节点之间的通信过程进行管理调度，同时还提供一个用于配置网络之中全局参数的服务。

特性3：ROS是松耦合软件框架。利用分布式通信机制，实现节点间的进程通信。ROS的软件代码以松耦合方式组织，开发过程灵活，管理维护方便。

特性4：ROS具有丰富的开源功能库。ROS是基于BSD（Berkeley Software Distribution，伯克利软件发行）协议的开源软件，允许任何人修改、重用、重发布、在商业和闭源产品中使用。得益于开源和ROS框架的协作精神，成千上万的贡献者为ROS提供了丰富的开源功能库。这些功能库大都采用现今流行的C++/Python进行编写，因此使用ROS能够快捷地搭建自己的机器人原型。

1.1.2 ROS发行版本

跟Linux发行版类似，ROS发行版是内置了一系列常用功能包的ROS系统安装包，即将ROS系统打包安装到我们的系统中来的安装包。ROS最初是基于Ubuntu系统开发的，ROS的发行版本名称也和Ubuntu采用了同样的规则，即版本名称由两个相同首字母的英文单词组成，版本首字母按字母表递增顺序选取。此外，每个ROS版本都配有一个海龟（Turtle）插图的海报。本书写作时最新的ROS版本是Melodic Morenia，如图1-2是ROS的一些主要版本。

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 图1-2  ROS的主要版本

1.1.3 ROS学习方法

要想学好以及用好ROS，需要进行大量的实践操作。因此在快速了解ROS的核心概念和编程范式后，就要结合大量的实际项目实战来深入理解ROS。遇到问题和报错不要慌，冷静地阅读错误提示，逐步定位错误来源，学会正确地提问和使用网络查找资料。学会用正确地方式解决问题，能帮你更快地提高能力。ROS的学习资源主要有以下几个：

• 官网：www.ros.org
• 源码：github.com
• Wiki：wiki.ros.org
• 问答：answers.ros.org

大量的教程和文档都被放在ROS的wiki页面上，所以要学会从ROS的wiki页面中获取第一手学习资料。另外就是各种ROS功能包在GitHub的源码，学会阅读Code、README、Issues等重要的内容。其次，还有很多网站和论坛收录了大量有关ROS开发和常见问题的文章。

源码仓库

• Github下载：github.com/xiihoo/Books_Robot_SLAM_Navigation

• Gitee下载（国内访问速度快）：gitee.com/xiihoo-robot/Books_Robot_SLAM_Navigation

参考文献

【1】 张虎，机器人SLAM导航核心技术与实战[M]. 机械工业出版社，2022.