ROS简介

最新推荐文章于 2025-11-17 23:10:36 发布

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ROS的全名是Robot Operating System，即机器人操作系统。虽然名字里有个“操作系统”，但它并不是独立的操作系统，而要依赖于宿主系统之上。这个宿主系统通常是Ubuntu，因为它在Ubuntu有现成的软件仓库，但是事实上只要是Linux/Unix都可以从源代码编译安装。

因此，ROS其实是运行在PC上的一套便于机器人开发的机制，它通常用作上位机（例如用于Parrot AR.Drone四轴飞行器时），也可以搭载在机器人上作为主控（例如Turtlebot机器人使用了搭载ROS的笔记本电脑作为主控）。

由于优秀的中文资料本来就少，何况ROS一直在迭代，有的情况变化很大，因此，还是强烈建议通过ROS官方网站的英文文档来学习ROS。相关学习资料和操作步骤附在文末。本文目的只是为入门提供一点知识储备。斜体内容可安全跳过，回头再看也不迟。

ROS运行机制

ROS内核

ROS内核(roscore)是ROS运行的基础，它里面有参数服务器(parameter server)。一个运行中的ROS有且仅有一个ROS内核，ROS上的一切都依赖于这个内核。

ROS底层的通信是通过HTTP完成的，因此ROS内核本质上是一个HTTP服务器，它的地址一般是http://localhost:11311/，即本机的11311端口。当需要连接到另一台计算机上运行的ROS时，只要连上该机的11311端口即可。

节点

节点(node)是ROS运行的基本单位，每个节点通常执行整个系统的一小部分功能，比如发送机器人位姿信息、发送控制信息、执行一定的计算任务等。

一个机器人的运行，依赖于节点彼此之间的协作。因此，有人说ROS是分布式的。

节点之间的通信，依靠消息(message)和服务(service)。

消息

通常，ROS系统中有若干主题(topic)。每个节点可以对主题进行订阅(subscribe)操作，也可以对主题进行发布(publish)操作。节点可以向某个主题发布消息，然后订阅了该主题的节点就会自动收到消息。

消息是有类型的。一类消息可以由一些基本数据结构组成。例如，表示姿态的Pose类型消息，就由6个64位浮点数组成，分别代表三维空间中姿态的六个参数。消息类型的定义写在msg文件里，格式很简单，十分类似C语言中变量的定义。具体请参考官方文档。

服务

服务是节点之间除消息以外的另一种通信方式。每个节点都可以创建服务。其它节点可以向该服务发出一个请求(request)，负责这个服务的节点就要相应地返回一个应答(response)。

消息与服务的不同之处，在于服务必须是一对一的，一问一答，可靠性很高。消息则可以多对多，相比之下更公共。至于完成某项通信究竟用谁更好，还要结合具体情况来看。

服务也和消息一样，是有类型的。服务类型的定义写在srv文件里，格式与表示消息类型的msg文件类似，只不过要分别描述请求的类型和应答的类型。具体请参考官方文档。

数据和文件结构

以下这些东西是ROS在你硬盘上的样子。这里用catkin工作空间来讲解。

包集

ROS的那些包集(package)里包含了ROS运行所需要的资源，比如程序、消息和服务的类型定义等。

一个包集里包含一个package.xml文件，这个文件描述了这个包集的基本信息。如果是源码包，通常还有个CMakeLists.txt文件，这个文件提供编译和安装包集时需要的信息，比如有哪些文件需要编译、程序要调用哪些库等。

包集编译时，所有的消息类型、服务类型的C++和Python库都会重新生成，C++代码会重新编译，其它一些在CMakeLists.txt规定的任务都会执行。

当你在包集里新建一个C++文件时，请记得修改CMakeLists.txt；当你在包集里新建一个msg文件时，请记得修改CMakeLists.txt；当你在包集里新建一个srv文件时，请记得修改CMakeLists.txt；当你在包集里新建一个Python文件时，不必修改CMakeLists.txt。详见官方文档。