智能網(wǎng)聯(lián)汽車裝調(diào)與測試（彩色版配實訓(xùn)工單）課件 任務(wù)2.2 ROS系統(tǒng)安裝與基本使用

任務(wù)2.2ROS系統(tǒng)安裝與基本使用學習目標CONTENTE01知識目標:掌握ROS系統(tǒng)的安裝和各個組件使用方法；熟悉ROS系統(tǒng)的架構(gòu)、文件系統(tǒng)和常用命令的含義。02學習目標CONTENTE能力目標:能熟悉使用ROS的常用命令完成代碼編譯、功能節(jié)點啟動、ROS組件啟動和功能調(diào)試；能熟悉使用rqt、rviz和gazebo等ROS組件完成數(shù)據(jù)可視化、功能調(diào)試和功能仿真*。01ROS

系統(tǒng)認知ROS安裝與基本使用02學習內(nèi)容CONTENTE01 ROS系統(tǒng)認知任務(wù)2.2ROS系統(tǒng)安裝與基本使用RobotOperating

System--機器人操作系統(tǒng)

（ROS）是編寫機器人軟件的靈活框架。它是工具、庫和慣例的集合，旨在簡化在各種機器人平臺上創(chuàng)建復(fù)雜而強大的機器人行為的任務(wù)。簡介1.ROS認知機器人操作系統(tǒng)（

R

o

b

o

tOperating

System），即ROS本身，

它是一個元操作系統(tǒng)，提供了硬件抽象、設(shè)備控制、功能實現(xiàn)、進程間通信和包管理等服務(wù)簡介1.ROS認知ROS是適用于機器人的開源元操作系統(tǒng)ROS集成了大量的工具，庫，協(xié)議，提供類似OS所提供的功能，簡化對機器人的控制還提供了用于在多臺計算機上獲取，構(gòu)建，編寫和運行代碼的工具和庫，ROS在某些方面類似于“機器人框架”ROS設(shè)計者將ROS表述為“ROS

=

Plumbing+Tools+Capabilities+Ecosystem”，即ROS是通訊機制、工具軟件包、機器人高層技能以及機器人生態(tài)系統(tǒng)的集合體簡介1.ROS認知；ROS最大的貢獻就是制定了機器人開發(fā)的統(tǒng)一接口標準，提高研發(fā)過程中的軟件復(fù)用率和提供一個協(xié)作平臺。1.提高軟件復(fù)用率：ROS

被設(shè)計成一種分布式的結(jié)構(gòu)，框架中的每個功能模塊都可以被單獨的設(shè)計、編譯，并且在運行的時候以松耦合的方式結(jié)合起來。2.提供協(xié)作平臺：

ROS

也是一個協(xié)作平臺。例如：建圖專家可以發(fā)布一個先進的地圖建模系統(tǒng)；導(dǎo)航專家可以在地圖建模系統(tǒng)上進行機器人導(dǎo)航視覺專家可以開發(fā)出一個物體識別的模塊。特點1.ROS認知簡介1.ROS認知3.支持多種編程語言ROS

使用了中立的定義語言描述模塊之間的消息接口，支持在編譯過程中產(chǎn)生目標語言的目標文件。目前支持的語言有

Python、C++、Java、Octave

和

Lisp

多種語言。換句話說，您可以使用熟悉的語言開發(fā)ROS程序。簡介1.ROS認知uROS特點：4.

ROS中集成眾多開源項目5.工具包豐富3D可視化工具----RVIZ物理仿真環(huán)境----Gazebo數(shù)據(jù)記錄工具----rosbagQt工具箱----rqt_*簡介1.ROS認知組件1.ROS認知uRVIZRViz(the

Robit

Visualization

tool)，機器人可視化工具，可視化的作用是直觀的，它極大的方便了監(jiān)控和調(diào)試等操作。組件1.ROS認知uGazeboGazebo是一個機器人仿真工具，模擬器，也是一個獨立的開源機器人仿真平臺。當今市面上還有其他的仿真工具例如V—Rep、Webots等等。但是Gazebo不僅開源，也是是兼容ROS最好的仿真工具。組件1.ROS認知uRqtrqt是一個基于qt開發(fā)的可視化工具，擁有擴展性好、靈活易用、跨平臺等特點，它集成了30多種工具，可以作為一個綜合的GUI工具來使用。另外，RViz也被集成到rqt的插件中，這使rqt成為ROS的一個不可缺少的GUI工具運行rqt將顯示rqt的GUI界面，如所示。如果是第一次，它將只顯示菜單，此外沒有任何內(nèi)容。這是因為還沒有指定rqt直接運行的插件程序.組件1.ROS認知uRosbagrosbag

是

ROS

的一個工具包，它可以用來錄制、回放、查看、過濾和壓縮

ROS

的消息6.開源免費與活躍的社區(qū)ROS

遵照

BSD

許可證，使用者可以修改和重寫發(fā)布其中的應(yīng)用代碼，可以進行商業(yè)化的開發(fā)和銷售。簡介1.ROS認知自動駕駛開源項目Autoware基金會自動駕駛1.ROS認知AutowareAutoware基金會是一個非盈利組織，旨在發(fā)起，發(fā)展和資助開源協(xié)作Autoware的項目工程，該工程創(chuàng)建了Autoware.AI，Autoware.Auto和Autoware.IO三個部分。Autoware.AI是第一個版本，它基于ROS

1，提供了從定位和物體檢測到路徑規(guī)劃和控制的所有必要功能。Autoware.Auto是對Autoware.AI的全新改寫，它基于ROS

2，采用了現(xiàn)代無人汽車自動駕駛領(lǐng)域軟件工程的最佳實踐。Baidu

Apollo是由百度發(fā)布全球最大自動駕駛開放平臺，包括開放平臺及企業(yè)版解決方案，Apollo開放平臺是面向所有開發(fā)者提供最開放、完整、安全的自動駕駛開源平臺。Apollo已形成自動駕駛、車路協(xié)同、智能車聯(lián)大開放平臺。自動駕駛1.ROS認知Apollo百度

Apollo

在最初的版本中使用了

ROS

作為自動駕駛系統(tǒng)的框架，后在此基礎(chǔ)上推出CyberRTWorkSpace---

自定義的工作空間|---

build:編譯空間，用于存放CMake和catkin的緩存信息、配置信息和其他中間文件。|---

devel:開發(fā)空間，用于存放編譯后生成的目標文件，包括頭文件、動態(tài)&靜態(tài)鏈接庫、可執(zhí)行文件等。|---

src:

源碼|--

package：功能包(ROS基本單元)包含多個節(jié)點、庫與配置文件，包名所有字母小寫，只能由字母、數(shù)字與下劃線組成文件系統(tǒng)1.ROS認知WorkSpace---

自定義的工作空間|---

build:編譯空間，用于存放CMake和catkin的緩存信息、配置信息和其他中間文件。|---

devel:開發(fā)空間，用于存放編譯后生成的目標文件，包括頭文件、動態(tài)&靜態(tài)鏈接庫、可執(zhí)行文件等。|---

src:

源碼|--

package：功能包(ROS基本單元)包含多個節(jié)點、庫與配置文件，包名所有字母小寫，只能由字母、數(shù)字與下劃線組成文件系統(tǒng)1.ROS認知|--

CMakeLists.txt

配置編譯規(guī)則，比如源文件、依賴項、目標文件|--

package.xml包信息，比如:包名、版本、作者、依賴項…|--

scripts

存儲python文件|--

src

存儲C++源文件|--

include

頭文件|--

msg

消息通信格式文件|--

srv

服務(wù)通信格式文件|--

action

動作格式文件|--

launch

可一次性運行多個節(jié)點|--

config

配置信息|--

CMakeLists.txt:

編譯的基本配置文件系統(tǒng)1.ROS認知通信架構(gòu)1.ROS認知uNode在ROS的世界里，最小的進程單元就是節(jié)點（node）。一個軟件包里可以有多個可執(zhí)行文件，可執(zhí)行文件在運行之后就成了一個進程(process)，這個進程在ROS中就叫做節(jié)點。從程序角度來說，node就是一個可執(zhí)行文件（通常為C++編譯生成的可執(zhí)行文件、Python腳本）被執(zhí)行，加載到了內(nèi)存之中。從功能角度來說，通常一個node負責者機器人的某一個單獨的功能。例如:有一個node來控制底盤輪子的運動，有一個node驅(qū)動攝像頭獲取圖像，有一個node驅(qū)動激光雷達，有一個node根據(jù)傳感器信息進行路徑規(guī)劃……這樣做可以降低程序發(fā)生崩潰的可能性，試想一下如果把所有功能都寫到一個程序中，模塊間的通信、異常處理將會很麻煩。通信架構(gòu)1.ROS認知uMastermaster在整個網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)里相當于管理中心，管理著各個node。node首先在master處進行注冊，之后master會將該node納入整個ROS程序中。node之間的通信也是先由master進行“牽線”，才能兩兩的進行點對點通信。當ROS程序啟動時，

第一步首先啟動master，由節(jié)點管理器處理依次啟動node。通信架構(gòu)1.ROS認知u通信方式ROS的通信方式是ROS最為核心的概念，ROS系統(tǒng)的精髓就在于它提供的通信架構(gòu)。ROS的通信方式有以下四種：Topic

主題Service

服務(wù)Parameter

Service

參數(shù)服務(wù)器Actionlib

動作庫通信架構(gòu)1.ROS認知uTopic通信ROS中的通信方式中，topic是常用的一種。對于實時性、周期性的消息，使用topic來傳輸是最佳的選擇。topic通信屬于一種異步的通信方式Node間進行通訊，其中發(fā)送消息的一方，ROS將其定義為Publisher(發(fā)布者)，將接收消息的一方定義為Subscriber(訂閱者)?？紤]到消息需要廣泛傳播，ROS沒有將其設(shè)計為點對點的單一傳遞，而是由Publisher將信息發(fā)布到Topic(主題)中，想要獲得消息的任何一方都可以到這個Topic中去取數(shù)據(jù)。通信架構(gòu)1.ROS認知uTopic通信Message按照定義解釋就是topic內(nèi)容的數(shù)據(jù)類型，也稱之為topic的格式標準。例如：烏龜?shù)姆抡嬷衪urtlesim節(jié)點訂閱的話題/turtle1/cmd_vel的消息類型如下所示。通信架構(gòu)1.ROS認知uService通信ROS提供了節(jié)點與節(jié)點間通訊的另外一種方式：service通訊。Service通訊分為client端和server端。Service通訊的特點：同步數(shù)據(jù)訪問具有響應(yīng)反饋機制一個server多個client注重業(yè)務(wù)邏輯處理通信架構(gòu)1.ROS認知uService通信ROS提供了節(jié)點與節(jié)點間通訊的另外一種方式：service通訊。Service通訊分為client端和server端。Service通訊的特點：同步數(shù)據(jù)訪問具有響應(yīng)反饋機制一個server多個client注重業(yè)務(wù)邏輯處理通信架構(gòu)1.ROS認知uParameterService與前兩種通信方式不同，參數(shù)服務(wù)器也可以說是特殊的“通信方式”。特殊點在于參數(shù)服務(wù)器是節(jié)點存儲參數(shù)的地方、用于配置參數(shù)，全局共享參數(shù)。參數(shù)服務(wù)器使用互聯(lián)網(wǎng)傳輸，在節(jié)點管理器中運行，實現(xiàn)整個通信過程。參數(shù)服務(wù)器的維護方式，總的來講有三種方式：命令行維護launch文件內(nèi)讀寫node源碼通信架構(gòu)1.ROS認知uActionlibAction的工作原理是client-server模式，也是一個雙向的通信模式。Action通訊分為Client端和Server端，Client端負責給Server端發(fā)送指令，Server端接收到指令，根據(jù)自身的業(yè)務(wù)邏輯進行處理指令，處理過程中，可以反饋進度給為Client端，處理結(jié)束后將結(jié)構(gòu)反饋給Client端通信架構(gòu)1.ROS認知uActi