先放一個ROSIndustrial一周年剪輯視頻。
ROS已經(jīng)發(fā)布八周年了，在國外科研機構(gòu)中非常受歡迎。目前，以美國西南研究院為首的幾位大佬開始嘗試將ROS應(yīng)用在工業(yè)機器人中，上面這個視頻就是ROS-I項目一周年的進展情況。
為了說明講清楚ROS，我就從ROS是什么，為什么使用ROS，如何使用ROS三個方面展開。
△出自今年《機器人視覺與應(yīng)用》課程本人制作的課件
是什么
ROS是Robot Operating System的縮寫，原本是斯坦福大學(xué)的一個機器人項目，后來由WillowGarage公司發(fā)展，目前由OSRF（Open Source Robotics Foundation,Inc）公司維護的開源項目。
1、首先是一個操作系統(tǒng)
根據(jù)wikipedia定義，操作系統(tǒng)是用來管理計算機硬件與軟件資源，并提供一些公用的服務(wù)的系統(tǒng)軟件。而ROS也自稱是一個OS。
△計算機OS與機器人OS對比示意圖
如上圖所示，計算機的操作系統(tǒng)將計算機硬件封裝起來，而應(yīng)用軟件運行在操作系統(tǒng)之上，不用管計算機具體應(yīng)用的是什么類型的硬件產(chǎn)品。這能大大提高軟件開發(fā)效率（否則大家只能都寫匯編了）。
同理，ROS則是對機器人的硬件進行了封裝，不同的機器人、不同的傳感器，在ROS里可以用相同的方式表示（topic等），供上層應(yīng)用程序（運動規(guī)劃等）調(diào)用。
2、是一種跨平臺模塊化軟件通訊機制
ROS用節(jié)點（Node）的概念表示一個應(yīng)用程序，不同node之間通過事先定義好格式的消息（Topic），服務(wù)（Service），動作（Action）來實現(xiàn)連接。
△ROS分布特點
△三種通訊方式的特點
三種通訊方式的優(yōu)缺點可看上表，由于很多模塊化編程工具都有類似功能，這里就不具體展開了。
基于這種模塊化的通訊機制，開發(fā)者可以很方便地替換、更新系統(tǒng)內(nèi)的某些模塊；也可以用自己編寫的節(jié)點替換ROS的個別模塊，十分適合算法開發(fā)。
此外，ROS可以跨平臺，在不同計算機、不同操作系統(tǒng)、不用編程語言、不同機器人上使用。
3、是一系列開源工具
△幾種ROS工具示意圖：左上rqt_plot，右上rqt_graph，左下Rviz，右下TF
如上圖所示，ROS為開發(fā)者提供了一系列非常有用的工具，可以大大提高我們開發(fā)的效率。
rqt_plot：可以實時繪制當前任意Topic的數(shù)值曲線；
rqt_graph：可以繪制出各節(jié)點之間的連接狀態(tài)，和正在使用的Topic等；
TF：TF是Transform的簡寫，利用它，我們可以實時知道各連桿坐標系的位姿，也可以求出兩個坐標系的相對位置。
Rviz：超強大的3D可視化工具，可以顯示機器人模型、3D電影、各種文字圖標、也可以很方便二次開發(fā)；
△在Rviz里顯示機器人模型、3D點云、物體模型等
△在Rviz里也可以實現(xiàn)方便交互功能
除此之外，ROS還有很多其他有用的開源工具等待大家探索。
4、是一系列最先進的算法
△ROS包含許多先進的機器人開源項目
除了ROS之外，世界上已經(jīng)有很多非常優(yōu)秀的機器人開源項目，但是ROS正逐漸將它們一一囊括在自己的范疇里。例如：
PS：我跟ROS的其他幾個開發(fā)者也正在努力將LinuxCNC整合進ROS
OROCOS：這個開源項目主要側(cè)重于機器人底層控制器的設(shè)計，包括用于計算串聯(lián)機械臂運動學(xué)數(shù)值解的KDL、貝葉斯濾波、實時控制等功能。
OpenRave：這是在ROS之前最多人用來做運動規(guī)劃的平臺，ROS已經(jīng)將其中的ikfast（計算串聯(lián)機械臂運動學(xué)解析解）等功能吸收。
Player：一款優(yōu)秀的二維仿真平臺，可以用于平面移動機器人的仿真，現(xiàn)在在ROS里可以直接使用。
OpenCV：大名鼎鼎的機器視覺開源項目，ROS提供了cv_bridge，可以將OpenCV的圖片與ROS的圖片格式相互轉(zhuǎn)換。
OMPL：現(xiàn)在最著名的運動規(guī)劃開源項目，已經(jīng)成了MoveIt的一部分。
Visp：一個開源視覺伺服項目，已經(jīng)跟ROS完美整合。
Gazebo：一款優(yōu)秀的開源仿真平臺，可以實現(xiàn)動力學(xué)仿真、傳感器仿真等，也已被ROS吸收。
△左下角gazebo，右下角Rviz
當然，除了吸收別的優(yōu)秀開源項目，ROS自己也發(fā)展出許多非常優(yōu)秀的項目和庫。
ORK：一個物體識別與位姿估計開源庫，包含LineMod等算法，但實際使用效果還不是太理想。
△LineMod識別效果
