ROS，全称为Robot Operating System，是一个通用机器人操作系统，可用于编写机器人软件。它提供了硬件抽象、底层设施和常用功能的通用库，以便软件开发人员可以更轻松地编写机器人应用。本篇文章将从以下几个方面对ROS开发进行探究。
一、ROS的基本概念
ROS借鉴了操作系统的概念，提供一整套机器人软件开发所需的文件系统、硬件抽象层、通信规则、软件库、工具等方面的支持。每个工程被称为“包”，多个包可以构成一个工作空间。ROS节点是一个可执行文件，运行在ROS系统之上。节点可以通过ROS的相互通信机制实现消息（Message）的传递。另外，ROS还提供了许多常用的ROS包，包括机器人模型、控制器、感知、SLAM、导航等等。
二、ROS的安装和配置
在Linux下安装ROS非常简单，只需执行官方提供的安装脚本即可。ROS还提供了可视化的安装向导，可以指导用户选择所需的系统版本和软件包。
安装配置完成后，还需要设置ROS的环境变量。ROS依靠环境变量来确定开发工作区和当前使用的ROS包。这些变量在bash shell中设置，可以在~/.bashrc或者~/.bash_profile文件中添加。
# 在~/bashrc末尾加入以下代码
source /opt/ros/{{distro}}/setup.bash
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
其中{{distro}}是ROS的发行版名称，比如melodic、kinetic等。
三、ROS的常用工具
ROS提供了各种各样的工具，包括命令行工具、GUI工具、仿真工具等等。下面介绍一些常用的工具。
1. RViz
RViz是ROS中的可视化工具，可以展示机器人模型、感知数据和运动路径等。它提供了3D场景编辑器、机器人模型导入、ROS话题显示等功能。
# 启动RViz rosrun rviz rviz
2. rqt_gui
rqt_gui是ROS中的基于Qt的GUI工具集，提供了多种通用插件，如进程监视、话题/服务/参数的可视化编程、消息记录等。
# 启动rqt_gui rosrun rqt_gui rqt_gui
3. rosdep
rosdep是ROS的依赖管理工具，可以自动安装ROS需要的其他软件包。
# 更新依赖 sudo apt-get update sudo rosdep update # 安装依赖 rosdep install --from-paths src --ignore-src -r -y
四、ROS的代码示例
下面提供一个简单的ROS代码示例，展示如何创建ROS节点，并通过话题完成两个节点之间的消息传递。
1. 创建ROS节点
ROS节点是按照约定命名的可执行文件，可以使用ROS提供的catkin工具创建。
# 创建一个名为my_package的ROS包 catkin_create_pkg my_package std_msgs rospy roscpp # 在my_package下创建节点 cd my_package mkdir scripts touch scripts/my_node.py chmod +x scripts/my_node.py
其中，std_msgs、rospy和roscpp是ROS提供的常用软件包。
2. 编写ROS节点
#!/usr/bin/env python
import rospy
from std_msgs.msg import String
def my_node():
pub = rospy.Publisher('my_topic', String, queue_size=10)
rospy.init_node('my_node', anonymous=True)
rate = rospy.Rate(10) # 10hz
while not rospy.is_shutdown():
hello_str = "hello world %s" % rospy.get_time()
rospy.loginfo(hello_str)
pub.publish(hello_str)
rate.sleep()
if __name__ == '__main__':
try:
my_node()
except rospy.ROSInterruptException:
pass
上述代码中，我们定义了一个名为my_node的ROS节点，它会以10Hz的频率向名为my_topic的话题发布消息。
3. 运行ROS节点
要运行ROS节点，需要先启动roscore。
# 启动roscore roscore
在另一个终端中，运行my_node节点。
# 运行my_node节点 rosrun my_package my_node.py
可以使用rostopic工具查看话题的消息。
# 按照时间顺序显示my_topic话题的消息 rostopic echo my_topic
五、总结
本文对ROS进行了基本概念、安装配置、常用工具和代码示例的介绍，希望对初学者有所帮助。使用ROS可以大大简化机器人软件开发的复杂度，提高开发效率。
