機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS原理及應(yīng)用 課件 項(xiàng)目2 ROS架構(gòu)

任務(wù)2-1:了解ROS架構(gòu)設(shè)計(jì)CONTENTS任務(wù)目標(biāo)預(yù)習(xí)要點(diǎn)材料準(zhǔn)備預(yù)備知識(shí)ROS架構(gòu)總結(jié)評(píng)價(jià)拓展練習(xí)01任務(wù)目標(biāo)任務(wù)目標(biāo)任務(wù)名稱:

了解ROS架構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)描述:

了解機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）架構(gòu)中OS層、中間層，應(yīng)用層的概念及作用02預(yù)習(xí)要點(diǎn)預(yù)習(xí)要點(diǎn)ROS架構(gòu)的分類原因OS層、中間層、應(yīng)用層各自的作用03材料準(zhǔn)備材料準(zhǔn)備PC機(jī)（Ubuntu系統(tǒng)或安裝Ubuntu系統(tǒng)的虛擬機(jī)）04預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)封裝性:

流行的面向?qū)ο缶幊蹋∣OP）的重要特性，結(jié)合封裝和抽象提供低耦合模塊。分層思想:

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧中都體現(xiàn)了分層思想，每層負(fù)責(zé)不同功能，層間通過(guò)接口連接。05ROS架構(gòu)ROS架構(gòu)1.系統(tǒng)層（OS層）

ROS作為元操作系統(tǒng)，提供硬件抽象、設(shè)備控制、常用功能實(shí)現(xiàn)、進(jìn)程間消息傳遞、包管理等服務(wù)。

官方推薦使用Ubuntu系統(tǒng)，也可用其他如macOS、Debian等。2.中間層

作為操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序之間的橋梁，提供信息系統(tǒng)交互、集成過(guò)程中的通用部分。

封裝OS層接口，提供格式統(tǒng)一、模塊化的接口，如主題通信、服務(wù)通信、參數(shù)共享等。3.應(yīng)用層

利用中間層抽象的接口，開發(fā)各種應(yīng)用供用戶使用。

核心管理者為節(jié)點(diǎn)管理器（Master），負(fù)責(zé)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)、發(fā)布/訂閱、請(qǐng)求/響應(yīng)等。06總結(jié)評(píng)價(jià)總結(jié)評(píng)價(jià)工作計(jì)劃表:

完成工作計(jì)劃表填寫任務(wù)實(shí)施記錄:

記錄任務(wù)實(shí)施過(guò)程及改善意見07拓展練習(xí)拓展練習(xí)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)分層架構(gòu)拓展知識(shí)閱讀探討ROS應(yīng)用層中的Master連接機(jī)器人各組件的優(yōu)點(diǎn)和潛在隱患THEENDTHANKS任務(wù)2-2:認(rèn)識(shí)ROS層級(jí)之文件系統(tǒng)CONTENTS任務(wù)目標(biāo)預(yù)習(xí)要點(diǎn)材料準(zhǔn)備預(yù)備知識(shí)文件系統(tǒng)級(jí)工作空間功能包綜合功能包消息和服務(wù)任務(wù)實(shí)踐總結(jié)評(píng)價(jià)拓展練習(xí)01任務(wù)目標(biāo)任務(wù)目標(biāo)任務(wù)名稱:

ROS層級(jí)之文件系統(tǒng)任務(wù)描述:

掌握ROS文件系統(tǒng)級(jí)定義，以及層級(jí)中的核心概念02預(yù)習(xí)要點(diǎn)預(yù)習(xí)要點(diǎn)ROS三個(gè)層級(jí)分類概念工作空間、功能包、綜合功能包、消息等概念03材料準(zhǔn)備材料準(zhǔn)備PC機(jī)（Ubuntu系統(tǒng)或安裝Ubuntu系統(tǒng)的虛擬機(jī)）04預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)ROS系統(tǒng)架構(gòu)分層ROS系統(tǒng)架構(gòu)分層文件系統(tǒng)級(jí)計(jì)算圖級(jí)開源社區(qū)級(jí)05文件系統(tǒng)級(jí)文件系統(tǒng)級(jí)功能包（Package）:

ROS中軟件組織的基本形式，包含程序庫(kù)、可執(zhí)行文件、腳本等。功能包清單（Manifest）:

包含功能包的信息，由package.xml文件管理。功能包集（Stack）:

多個(gè)功能包組織在一起。消息類型（Message/msgtype）:

進(jìn)程間信息傳遞的格式，存儲(chǔ)在功能包的msg文件夾下。服務(wù)類型（Service/srvtype）:

描述服務(wù)類型的文件，位于功能包的srv文件夾下。06工作空間工作空間包含功能包、可編輯源文件或編譯包的文件夾。包括源文件空間、編譯空間和開發(fā)空間。07功能包功能包特定的文件架構(gòu)和文件夾組合。包括頭文件、消息定義、腳本、源文件、服務(wù)類型文件等。08綜合功能包綜合功能包只包含一個(gè)文件package.xml，引用功能特性類似的功能包。09消息和服務(wù)消息和服務(wù)消息類型語(yǔ)言：ROS節(jié)點(diǎn)發(fā)布數(shù)據(jù)值的載體，基于C++基本類型封裝。服務(wù)描述語(yǔ)言：描述ROS服務(wù)類型，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的請(qǐng)求/響應(yīng)通信。10任務(wù)實(shí)踐任務(wù)實(shí)踐創(chuàng)建和配置工作空間創(chuàng)建功能包和綜合功能包編譯ROS功能包11總結(jié)評(píng)價(jià)總結(jié)評(píng)價(jià)工作計(jì)劃表任務(wù)實(shí)施記錄及改善意見12拓展練習(xí)拓展練習(xí)從網(wǎng)絡(luò)上下載turtlesim的源代碼功能包，進(jìn)行編譯并運(yùn)行。THEENDTHANKS任務(wù)2-3:認(rèn)知ROS層級(jí)之計(jì)算圖CONTENTS任務(wù)目標(biāo)預(yù)習(xí)要點(diǎn)材料準(zhǔn)備預(yù)備知識(shí)計(jì)算圖核心概念任務(wù)實(shí)踐總結(jié)評(píng)價(jià)01任務(wù)目標(biāo)任務(wù)目標(biāo)任務(wù)名稱:

認(rèn)知ROS層級(jí)之計(jì)算圖任務(wù)描述:

掌握ROS計(jì)算圖級(jí)定義及層級(jí)中的核心概念02預(yù)習(xí)要點(diǎn)預(yù)習(xí)要點(diǎn)ROS計(jì)算圖級(jí)組成節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)管理器、參數(shù)服務(wù)器、主題、服務(wù)等概念03材料準(zhǔn)備材料準(zhǔn)備PC機(jī)（Ubuntu系統(tǒng)或安裝Ubuntu系統(tǒng)的虛擬機(jī)）04預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)ROS會(huì)創(chuàng)建一個(gè)連接到所有進(jìn)程點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，所有節(jié)點(diǎn)都在該網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與其他節(jié)點(diǎn)通信。05計(jì)算圖核心概念計(jì)算圖核心概念節(jié)點(diǎn)（Node）

ROS節(jié)點(diǎn)是用ROS客戶端庫(kù)寫成的計(jì)算執(zhí)行過(guò)程，例如，一個(gè)機(jī)器人控制系統(tǒng)包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)管理器（Master）

負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)的名稱注冊(cè)和查找等，節(jié)點(diǎn)通過(guò)基于節(jié)點(diǎn)管理器通信來(lái)報(bào)告其注冊(cè)信息。參數(shù)服務(wù)器（ParameterServer）

使數(shù)據(jù)通過(guò)關(guān)鍵詞存儲(chǔ)在系統(tǒng)的核心位置，用于運(yùn)行時(shí)配置節(jié)點(diǎn)或改變其任務(wù)。消息（Message）

節(jié)點(diǎn)通過(guò)消息完成彼此信息交互，是一種嚴(yán)格的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以包含嵌套結(jié)構(gòu)和陣列。話題（Topic）

消息以發(fā)布/訂閱方式傳遞，一個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)把消息發(fā)送到給定的話題來(lái)發(fā)布消息。服務(wù)（Service）

與節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交互的方式，服務(wù)的傳輸方式是請(qǐng)求/回復(fù)。消息記錄包（Bag）

用于保存和回放ROS消息數(shù)據(jù)的文件格式，獲取并記錄各種傳感器數(shù)據(jù)。06任務(wù)實(shí)踐任務(wù)實(shí)踐利用turtlesim演示計(jì)算圖級(jí)相關(guān)核心概念介紹典型命令，如roscore、rosrun、rqt_graph、rosnode、rosservice、rostopic等07總結(jié)評(píng)價(jià)總結(jié)評(píng)價(jià)工作計(jì)劃表任務(wù)實(shí)施記錄及改善意見THEENDTHANKS任務(wù)2-4:認(rèn)知ROS層級(jí)之開源社區(qū)級(jí)CONTENTS任務(wù)目標(biāo)預(yù)習(xí)要點(diǎn)材料準(zhǔn)備預(yù)備知識(shí)任務(wù)實(shí)踐總結(jié)評(píng)價(jià)拓展練習(xí)01任務(wù)目標(biāo)任務(wù)目標(biāo)任務(wù)名稱:

ROS開源社區(qū)級(jí)任務(wù)描述:

掌握ROS開源社區(qū)級(jí)定義。了解ROS軟件源概念。02預(yù)習(xí)要點(diǎn)預(yù)習(xí)要點(diǎn)ROS開源社區(qū)級(jí)概念熟悉常用ROS開源社區(qū)資源03材料準(zhǔn)備材料準(zhǔn)備PC機(jī)（Ubuntu系統(tǒng)或安裝Ubuntu系統(tǒng)的虛擬機(jī)）04預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)ROS開源社區(qū)級(jí)的概念:

主要是ROS資源，用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享軟件和知識(shí)。發(fā)行版（Distribution）:

ROS發(fā)行版包括一系列版本號(hào)的功能包，便于軟件管理和安裝。軟件源（Repository）:

ROS依賴于共享網(wǎng)絡(luò)上的開源代碼，由不同組織開發(fā)或共享。ROSwiki:

記錄ROS信息文檔的主要論壇，供所有人上傳開發(fā)文檔、更新和編寫教程。郵件列表（MailingList）:

交流ROS更新的主要渠道，也可交流開發(fā)疑問。ROSAnswers:

咨詢ROS相關(guān)問題的網(wǎng)站，用戶可以提交問題并得到其他開發(fā)者的回答。博客（Blog）:

發(fā)布ROS社區(qū)中的新聞、圖片、視頻。05任務(wù)實(shí)踐任務(wù)實(shí)踐訪問和探索ROS發(fā)行版網(wǎng)址，了解ROS各發(fā)行版發(fā)展歷程。完成Ubuntu