机器人如何编程 每日精选

• 2023-07-01 10:33:56来源：互联网

机器人编程入门指南是一个新手们学习ROS中机器人编程的指导手册。ROS是机器人操作系统，在机器人技术领域中广泛应用。ROS的好处是具有开源、模块化、可扩展性、跨平台等特点，所以机器人编程新手们需要学习ROS的基础知识。

以下是机器人编程入门指南中五个关键问题，围绕ROS进行解答。

什么是ROS？

ROS（Robot Operating System）是一个机器人操作系统框架，它是一个开源、通用的机器人操作系统软件平台。ROS基于Unix-Like系统设计，本身包含了很多机器人的可执行应用程序、工具和库的集合，通过这些组件，设计者可以简单方便地开发复杂的机器人软件。

(资料图片仅供参考)

ROS不是一个实际的操作系统，而是为机器人提供跨平台且良好的协作和可重用性的框架，因此ROS的核心思想就是组件式架构。ROS的核心部分是提供了一个包(indexPath)系统，类似Ubuntu的APT或Fedora的yum，可以将模块化的程序包整合到一起。

在ROS中，最小化、通用化说白了就是小模块应该编好，尽可能以影响代码范围更广泛的封装为目标。ROS可以看作是机器人开发领域中的“核心通讯计划”，即ROS规定了机器人间传递信息的格式、规则，软硬件厂商和研发者都可以基于ROS来研发自己的产品。

ROS中包含的组件有哪些？

ROS是建立在模块化原则的基础上，其模块均为包，并采用多语言（目前支持C++、Python、Lisp和Java）进行开发，可支持机器人和机器人系统的开发和实验。ROS包括可重用的库、驱动程序、模块化信息，以及执行任务所需的工具和全球统一的计算、消息、通信等软件服务。

ROS中包含了许多组件，其中最主要的组件是「Msg」和「Srv」，「Msg」（Message）用于数据传递，「Srv」（Service）用于两个节点进行同步：

「Msg」: 在ROS中，机器人传递的数据都是通过「Message」来完成，「Message」包括“Topic”和“Message”这两个关键概念。一个「Message」类似于一个常规的数据结构，用于记录一些数据信息，而“Topic”则是一个消息传递的中介，它可以连接所有发布和订阅相同类型信息的节点。

「Srv」: 「Service」用于两个节点直接的消息传递，而不是像「Topic」那样发布订阅。例如，当一个节点向另一个节点发出一条请求时，它可以调用「Service」，请求接收方执行一个任务并将结果返回。

ROS的架构是怎样的？

ROS的架构可以分为三层：文件系统层（Filesystem Layer）、基础层（Computational Graph Layer）和工具层（Tools Layer）。其中：

文件系统层：ROS文件系统同样遵循了Unix/Linux文件系统层次的两个常见约定：/opt和/usr。在/opt下存放的是用户安装的第三方包，而在/usr下存放的是系统的包。ROS的文件系统还提供了许多常用的快捷键。

基础层：ROS计算图层，全称「Robots Operating System Computational Graph」，是ROS的核心部分，主要实现节点之间的连接和通信。ROS采用的是消息传递方式，在节点间传递各种消息、服务和参数等信息。这层常用的工具是rostopic、rosnode、rosclean、rosrun和rosbag等。

工具层：ROS提供了一大堆的可视化工具支持，最常用的是RViz，这是一个ROS的3D可视化显示器，可以用于模拟机器人行动、激光雷达扫描、点云、路径规划等。在ROS开发中，经常需要用到现成的工具。

如何安装和配置ROS？

ROS支持包括Debian在内的多个Linux发行版，如Ubuntu、Debian、Fedora、OpenSUSE和Mac OS等。要安装ROS，可以到官网查看安装教程（http://wiki.ros.org/ROS/Installation）。ROS有两个主要的发行版可供选择，即较新的ROS 2和较旧的ROS 1。根据官方网站提示，选择适合自己的发行版、版本号进行下载，即可安装。

安装完ROS之后，需要进行一些常规配置。例如，可安装ROS软件包，将安装的ROS软件包放置到系统路径中，然后使用ROS环境变量来查询和调用这些包。另外还需使用ROS命令创建新的开发包、使用ROS工具创建新的节点等。根据所用的OS和ROS版本不同，配置时需要具体参考ROS官方网站提供的文档。

鉴于ROS的高可定制性，可能还需要根据不同的ROS应用场景进行一些额外的安装和配置。例如，需要安装rviz、Gazebo仿真环境等工具，并可能需要为硬件选择合适的ROS驱动程序。总之，在安装和配置ROS时，需要充分考虑实际应用场景和硬件环境，采取不同的安装和配置策略。

ROS在机器人编程中的应用场景有哪些？

ROS是一个开放性的平台，集组件、工具、库和操作系统于一体，适用于各种机器人和机器人系统的开发和测试。以下是ROS在机器人编程中的主要应用场景：

1.自动化导引系统：包括导航、运动控制和传感器数据处理等。

2.机器视觉：利用机器人集成的传感器，如相机和激光雷达等，进行视觉识别和处理。

3.协作控制：机器人系统之间、机器人与人类之间的相互协作，例如机器人缝合外科手术。

4.研究和开发：ROS加快了开发时间和研究速度，能极大地满足机器人应用的需求。

5.教育：ROS由于其操作简单、架构清晰、易于扩展等特点，对于机器人领域的教育也有良好的应用前景。

通过对ROS的简要介绍和相关问题的解答，希望能够帮助机器人编程新手们更好地了解ROS的特点、组件和应用场景，顺利掌握ROS编程的本领。