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上海硅步连载系列第二期——ROS的发展和概念

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发表于 2016-12-21 19:25:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
ROS连载第二期
                                                                                                                                                                                                    ——转自上海硅步科技公众号“硅步科学”


1. ROS的发展
    随着机器人技术的快速发展,人们对开源、代码复用以及模块化设计的需求越来越强烈,但是已有的开源机器人系统不能很好的满足人们的需求。2010年WillowGarage公司发布了开源机器人操作系统ROS(robot operating system),此后ROS系统得到了快速的发展。2015年,ROS的版本已经更新到了Jade,之前的版本包括Electric、Fuerte、Groovy、Hydro、Indigo,而且越来越多的机器人使用ROS系统进行开发,如图1.1所示。

                                                                                                        

                                                                                                                            图1.1 部分支持ROS的机器人
     ROS 操作系统 起源于2007年斯坦福大学人工智能实验室的项目与机器人技术公司Willow Garage的个人机器人项目(Personal Robots Program)之间的合作,2008年之后就由Willow Garage来进行推动。ROS 是一种开源的机器人后操作系统,或者说次级操作系统。它能提供类似操作系统所提供的功能,例如硬件抽象描述、底层驱动程序管理、共用功能的执行、程序间的消息传递、程序发行包管理,它也提供一些工具程序和库用于获取、建立、编写和运行多机整合的程序。
     ROS 是一种分布式的处理框架,这使得可执行文件能够被独立设计,并且在运行时松散耦合。ROS可以分成两层,下层是上述的操作系统层,上层则是广大用户群贡献的能够实现不同功能的功能包,例如机械臂运动规划、自主导航定位、传感器插件、仿真工具等等。
     ROS的主要特点为:
     1) 精简与集成:ROS建立的系统具有模块化的特点,各模块中的代码可以单独编译,而且编译使用的CMake工具可以很容易地实现精简的理念。ROS集成了很多现在已经存在的开源库,例如OpenCV、OpenRAVE、Player等。
     2) 支持多种编程语言:为了满足不同编程者的需求,ROS采用了语言中立性的框架结构,即不依赖某一种编程语言。ROS支持的语言包括C++、Python、Octave和LISP等。
     3) 免费并且开源:ROS遵循BSD协议,对个人、商业应用以及修改都是免费的。
     4) 点对点设计: ROS的点对点设计以及服务和节点管理器等机制可以分散由计算机视觉和语音识别等功能带来的实时计算压力。


2. ROS的基本概念

为了能够更好的学习ROS,我们需要先理解几个概念:

1) 功能包(package):功能包是ROS中组织软件的主要形式,可以编写代码并进行编译、执行等操作。一个功能包一般包含程序文件、编译描述文件、配置文件等。

2) 功能包集(stack):功能包集是实现某种功能的多个功能包的集合,可提供更高级的功能。每一个功能包集都带有相关版本号,是ROS软件发布的主要形式。

3) 节点(node):节点是一个可执行文件,多个节点可实现复杂的功能。程序文件只有转换为可执行文件,才可以在ROS中运行。

4) 主题(Topic)和服务(Service):节点之间的通信方式主要包括主题和服务两种。主题只能实现节点之间的单向通信,而服务是双向通信,包括请求(request)和响应(response)。

5) 消息(msg):消息指的是通信的具体内容,每一个消息都有一个固定的数据结构,支持标准的原始数据类型,包括整形、浮点型、布尔型等。


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