机器人操作系统 ROS
机器人操作系统 ROS
ROS（Robot Operating System）是一个灵活且可扩展的开源机器人操作系统。它提供了一系列的工具、库和软件包，用于帮助开发者构建和管理机器人应用程序。ROS的设计目标是提供一个通用的软件平台，可以简化机器人软件开发的复杂性，并促进机器人技术的共享和合作。简单来说，ROS就是一个分布式的通信框架，帮助程序进程之间更加方便地通信。
ROS的特性有：元操作系统、分布式通信机制、松耦合软降框架、丰富的开源功能库等。
ROS是一个机器人领域的元操作系统。也就是说，它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。
ROS的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，同时提供一个用于配置网络中全局参数的服务。
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。
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、重发布以及在商业和闭源产品中使用，使用ROS能够快捷地搭建自己的机器人原型。ROS框架被设计的尽可能精简，便于其编写的代码可以与其他机器人软件框架一起使用。ROS设计为会议中语言弱相关的框架结构，使用简洁，中立的定义语言描述模块间的消息接口，在编译中再产生所使用语言的目标文件，为消息交互提供支持，同时允许消息接口的嵌套使用。ROS具有称为rostest的内置单元/集成测试框架，可轻松安装和拆卸测试工具。ROS适用于大型运行时系统和大型开发流程，其组件化工具包丰富。
ROS是一个由来已久、贡献者众多的大型软件项目。在ROS诞生之前，很多学者认为，机器人研究需要一个开放式的协作框架，并且已经有不少类似的项目致力于实现这样的框架。在这些工作中，斯坦福大学在2000年年中开展了一系列相关研究项目，如斯坦福人工智能机器人（STandford AI Robot, STAIR）项目、个人机器人（Personal Robots, PR）项目等，在上述项目中，在研究具有代表性、集成式人工智能系统的过程中，创立了用于室内场景的高灵活性、动态软件系统，其可以用于机器人学研究。按照英文字母顺序命名，ROS目前已经发布了ROS1的终极版本：noetic，并建议后期过渡至ROS2版本。noetic版本之前默认使用的是 Python2，noetic 支持 Python3。建议版本：noetic 或 melodic 或 kinetic。
我们使用的是ROS版本是Noetic，那么可以在ubuntu20.04、Mac或 windows10系统上安装，虽然一般用户平时使用的操作系统以windows居多，但是ROS之前的版本基本都不支持windows，所以当前我们选用的操作系统是 ubuntu，以方便向历史版本过渡。ubuntu安装常用方式有两种：
实体机安装ubuntu（较为常用的是使用双系统，windows 与 ubuntu 并存）。这种安装方式可以保证性能，且不需要考虑硬件兼容性问题，但是和windows系统交互不便。
虚拟机安装ubuntu。可以方便的实现windows与ubuntu交互，不过性能稍差，且与硬件交互不便。
ROS中，一些仿真操作是比较耗费系统资源的，且经常需要和一些硬件（雷达、摄像头、arduino....）交互，因此，原则上建议采用方案1，不过如果只是出于学习目的，那么方案2也基本受用。
如果采用虚拟机安装ubuntu，再安装ROS的话，大致流程如下：
1.安装虚拟机软件（比如：virtualbox 或 VMware）。
2.使用虚拟机软件虚拟一台主机。
3.在虚拟主机上安装ubuntu 20.04。
4.在ubuntu上安装ROS。
5.测试ROS环境是否可以正常运行。
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来深入理解ROS。学会用正确的方式解决问题，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
官网：www.ros.org
源码：github.com
Wiki：wiki.ros.org
问答：answers.ros.org
官网：www.ros.org
源码：github.com
Wiki：wiki.ros.org
问答：answers.ros.org
以上内容简单介绍了机器人操作系统ROS的概念，特色，设计目标，学习方法等。ROS的大门已经敞开，接下来就要步入新的征程了。
