智能网联汽车装调与测试：任务2-2 ROS系统安装与基本使用

任务2.2ROS系统安装与基本使用01学习目标CONTENTE知识目标:掌握ROS系统的安装和各个组件使用方法；熟悉ROS系统的架构、文件系统和常用命令的含义。02学习目标CONTENTE能力目标:能熟悉使用ROS的常用命令完成代码编译、功能节点启动、ROS组件启动和功能调试；能熟悉使用rqt、rviz和gazebo等ROS组件完成数据可视化、功能调试和功能仿真*。ROS系统认知01ROS安装与基本使用02学习内容CONTENTEROS系统认知01任务2.2ROS系统安装与基本使用RobotOperatingSystem--机器人操作系统（ROS）是编写机器人软件的灵活框架。它是工具、库和惯例的集合，旨在简化在各种机器人平台上创建复杂而强大的机器人行为的任务。简介1.ROS认知机器人操作系统（RobotOperatingSystem），即ROS本身，它是一个元操作系统，提供了硬件抽象、设备控制、功能实现、进程间通信和包管理等服务简介1.ROS认知ROS是适用于机器人的开源元操作系统ROS集成了大量的工具，库，协议，提供类似OS所提供的功能，简化对机器人的控制还提供了用于在多台计算机上获取，构建，编写和运行代码的工具和库，ROS在某些方面类似于“机器人框架”ROS设计者将ROS表述为“ROS=Plumbing+Tools+Capabilities+Ecosystem”，即ROS是通讯机制、工具软件包、机器人高层技能以及机器人生态系统的集合体简介1.ROS认知ROS最大的贡献就是制定了机器人开发的统一接口标准，提高研发过程中的软件复用率和提供一个协作平台。1.提高软件复用率：ROS被设计成一种分布式的结构，框架中的每个功能模块都可以被单独的设计、编译，并且在运行的时候以松耦合的方式结合起来。2.提供协作平台：ROS也是一个协作平台。例如：建图专家可以发布一个先进的地图建模系统；导航专家可以在地图建模系统上进行机器人导航；视觉专家可以开发出一个物体识别的模块。特点1.ROS认知3.支持多种编程语言ROS使用了中立的定义语言描述模块之间的消息接口，支持在编译过程中产生目标语言的目标文件。目前支持的语言有Python、C++、Java、Octave和Lisp多种语言。换句话说，您可以使用熟悉的语言开发ROS程序。简介1.ROS认知ROS特点：4.ROS中集成众多开源项目简介1.ROS认知5.工具包丰富3D可视化工具----RVIZ物理仿真环境----Gazebo数据记录工具----rosbagQt工具箱----rqt_*简介1.ROS认知RVIZRViz(theRobitVisualizationtool)，机器人可视化工具，可视化的作用是直观的，它极大的方便了监控和调试等操作。组件1.ROS认知GazeboGazebo是一个机器人仿真工具，模拟器，也是一个独立的开源机器人仿真平台。当今市面上还有其他的仿真工具例如V—Rep、Webots等等。但是Gazebo不仅开源，也是是兼容ROS最好的仿真工具。组件1.ROS认知Rqtrqt是一个基于qt开发的可视化工具，拥有扩展性好、灵活易用、跨平台等特点，它集成了30多种工具，可以作为一个综合的GUI工具来使用。另外，RViz也被集成到rqt的插件中，这使rqt成为ROS的一个不可缺少的GUI工具运行rqt将显示rqt的GUI界面，如所示。如果是第一次，它将只显示菜单，此外没有任何内容。这是因为还没有指定rqt直接运行的插件程序.组件1.ROS认知Rosbag组件1.ROS认知rosbag

是ROS的一个工具包，它可以用来录制、回放、查看、过滤和压缩ROS的消息6.开源免费与活跃的社区ROS遵照BSD许可证，使用者可以修改和重写发布其中的应用代码，可以进行商业化的开发和销售。简介1.ROS认知AutowareAutoware基金会是一个非盈利组织，旨在发起，发展和资助开源协作Autoware的项目工程，该工程创建了Autoware.AI，Autoware.Auto和Autoware.IO三个部分。Autoware.AI是第一个版本，它基于ROS1，提供了从定位和物体检测到路径规划和控制的所有必要功能。Autoware.Auto是对Autoware.AI的全新改写，它基于ROS2，采用了现代无人汽车自动驾驶领域软件工程的最佳实践。自动驾驶开源项目Autoware基金会自动驾驶1.ROS认知Apollo

BaiduApollo是由百度发布全球最大自动驾驶开放平台，包括开放平台及企业版解决方案，Apollo开放平台是面向所有开发者提供最开放、完整、安全的自动驾驶开源平台。Apollo已形成自动驾驶、车路协同、智能车联大开放平台。自动驾驶1.ROS认知百度Apollo在最初的版本中使用了ROS作为自动驾驶系统的框架，后在此基础上推出CyberRTWorkSpace---自定义的工作空间

|---build:编译空间，用于存放CMake和catkin的缓存信息、配置信息和其他中间文件。

|---devel:开发空间，用于存放编译后生成的目标文件，包括头文件、动态&静态链接库、可执行文件等。

|---src:源码

|--package：功能包(ROS基本单元)包含多个节点、库与配置文件，包名所有字母小写，只能由字母、数字与下划线组成文件系统1.ROS认知WorkSpace---自定义的工作空间

|---build:编译空间，用于存放CMake和catkin的缓存信息、配置信息和其他中间文件。

|---devel:开发空间，用于存放编译后生成的目标文件，包括头文件、动态&静态链接库、可执行文件等。

|---src:源码

|--package：功能包(ROS基本单元)包含多个节点、库与配置文件，包名所有字母小写，只能由字母、数字与下划线组成文件系统1.ROS认知

|--CMakeLists.txt配置编译规则，比如源文件、依赖项、目标文件

|--package.xml包信息，比如:包名、版本、作者、依赖项…|--scripts存储python文件

|--src存储C++源文件

|--include头文件

|--msg消息通信格式文件

|--srv服务通信格式文件

|--action动作格式文件

|--launch可一次性运行多个节点

|--config配置信息

|--CMakeLists.txt:编译的基本配置文件系统1.ROS认知Node在ROS的世界里，最小的进程单元就是节点（node）。一个软件包里可以有多个可执行文件，可执行文件在运行之后就成了一个进程(process)，这个进程在ROS中就叫做节点。从程序角度来说，node就是一个可执行文件（通常为C++编译生成的可执行文件、Python脚本）被执行，加载到了内存之中。从功能角度来说，通常一个node负责者机器人的某一个单独的功能。例如:有一个node来控制底盘轮子的运动，有一个node驱动摄像头获取图像，有一个node驱动激光雷达，有一个node根据传感器信息进行路径规划……这样做可以降低程序发生崩溃的可能性，试想一下如果把所有功能都写到一个程序中，模块间的通信、异常处理将会很麻烦。通信架构1.ROS认知Mastermaster在整个网络通信架构里相当于管理中心，管理着各个node。node首先在master处进行注册，之后master会将该node纳入整个ROS程序中。node之间的通信也是先由master进行“牵线”，才能两两的进行点对点通信。当ROS程序启动时，第一步首先启动master，由节点管理器处理依次启动node。通信架构1.ROS认知通信方式ROS的通信方式是ROS最为核心的概念，ROS系统的精髓就在于它提供的通信架构。ROS的通信方式有以下四种：Topic主题Service服务ParameterService参数服务器Actionlib动作库通信架构1.ROS认知Topic通信ROS中的通信方式中，topic是常用的一种。对于实时性、周期性的消息，使用topic来传输是最佳的选择。topic通信属于一种异步的通信方式Node间进行通讯，其中发送消息的一方，ROS将其定义为Publisher(发布者)，将接收消息的一方定义为Subscriber(订阅者)。考虑到消息需要广泛传播，ROS没有将其设计为点对点的单一传递，而是由Publisher将信息发布到Topic(主题)中，想要获得消息的任何一方都可以到这个Topic中去取数据。通信架构1.ROS认知Topic通信Message按照定义解释就是topic内容的数据类型，也称之为topic的格式标准。例如：乌龟的仿真中turtlesim节点订阅的话题/turtle1/cmd_vel的消息类型如下所示。通信架构1.ROS认知Service通信ROS提供了节点与节点间通讯的另外一种方式：service通讯。Service通讯分为client端和server端。Service通讯的特点：同步数据访问具有响应反馈机制一个server多个client注重业务逻辑处理通信架构1.ROS认知Service通信ROS提供了节点与节点间通讯的另外一种方式：service通讯。Service通讯分为client端和server端。Service通讯的特点：同步数据访问具有响应反馈机制一个server多个client注重业务逻辑处理通信架构1.ROS认知ParameterService与前两种通信方式不同，参数服务器也可以说是特殊的“通信方式”。特殊点在于参数服务器是节点存储参数的地方、用于配置参数，全局共享参数。参数服务器使用互联网传输，在节点管理器中运行，实现整个通信过程。参数服务器的维护方式，总的来讲有三种方式：命令行维护launch文件内读写node源码通信架构1.ROS认知ActionlibAction的工作原理是client-server模式，也是一个双向的通信模式。Action通讯分为Client端和Server端，Client端负责给Server端发送指令，Server端接收到指令，根据自身的业务逻辑进行处理指令，处理过程中，可以反馈进度给为Client端，处理结束后将结构反馈给Client端通信架构1.ROS认知Actionlib在Action