机器人操作系统ROS现状与应用实例讲课文档

机器人操作系统ROS现状与应用实例第1页，共58页。机器人操作系统ROS现状与应用实例第2页，共58页。

ROS-RobotOperatingSystemWhat&Why现状How&Results几个应用例程Sum-mary综合实例:体感远程控制第3页，共58页。

应用火爆的ROSROSRepositories(>50)Map:第4页，共58页。

应用火爆的ROSRobotics&AutomationMagazine,IEEE该杂志上设立了专题讨论区：ROSTopics下方图片是在最新一期中ROSTopics的论文第5页，共58页。

应用火爆的ROS新加坡南洋理工大学（NTU）机器人相关实验室大家都在用，已经形成了全民一起上的局面所见的应用设备：Pioneer3AT/DXKinectAR.DroneTurtleBot第6页，共58页。

ROS体系Main：由WillowGarage公式维护核心部分程序Universe：全球范围的代码，由其它个人/组织维护相关知识库（Repository），即功能包（例如先锋机器人的ROSARIA，Kinect的openni_tracker,语言识别pocketsphinx）第7页，共58页。

几点说明虽然ROS的名字为“机器人操作系统”，但不是真正的操作系统，只是说它可以提供类似于操作系统的一些服务，比如底层通讯,分布式控制。对于机器人的相关功能，不使用ROS也能实现.但ROS使得机器人软件搭建的工作更方便，效率更高。第8页，共58页。

ROS的程序的核心节点即可执行文件由.cpp文件编译生成而来(指C++)节点之间的通讯节点间信息的发布与接收PublishSubscribe第9页，共58页。

节点将整个工程（Project）模块化，每个节点即为一个模块。每个节点都可以单独维护，比如现在有N个节点已经在运行了，用户可以再编写第N+1个节点，然后编译，然后运行，即有N+1个节点共同运行。每个节点有唯一的名字节点之间可借助网络跨主机共同运行.第10页，共58页。

节点之间的通讯发布者Publisher订阅者Subscriber话题:发布者与订阅者之间的通讯方式话题的名称:Topic：发布者与订阅者之间数据传输“管道”的名字，为一字符串消息:Message:传输数据的类型，例如int,char，自定义类型。第11页，共58页。

ROS-RobotOperatingSystemWhat&Why现状How&Results几个应用例程Sum-mary综合实例:体感远程控制第12页，共58页。

ROS的几个例程Helloworld图像先锋机器人P3AT/P3DXKinectSkeletonVoiceNetwork通讯第13页，共58页。

HelloWorld程序节点:2个节点talker(talker.cpp):包含一个发布者节点listener(listener.cpp):包含一个接收者节点间的通讯：Topic（话题的名称）：“chatter”Message（传递的数据类型）：std_msgs::StringString为ROS自定义的数据类型String中包含唯一变量为std::string

data第14页，共58页。

HelloWorld程序第15页，共58页。

HelloWorld程序第16页，共58页。

HelloWorld程序第17页，共58页。

HelloWorld程序第18页，共58页。

ROS的几个例程Helloworld图像先锋机器人P3AT/P3DXKinectSkeletonVoiceNetwork通讯第19页，共58页。

ROS的几个例程:图像图像的发布:对应ROS中的Publisher.以如下三个图像源举例:Kinect的RGB摄像头笔记本内置摄像头外接USB摄像头图像的接收:对应ROS中的Subscriber图像的处理:可以与OpenCV相结合(OpenCV与ROS均属于WillowGarage公司,所以….)用户可以在该步骤中进行任意的图像处理操作(“soyoucandoeverythinginthisstep”)图像的显示:与OpenCV相结合第20页，共58页。

图像的发布:Kinect的RGB摄像头首先对Kinect设备进行配置,并进行初始化由于Kinect与ROS相互支持,因此配置过程非常简便初始化Kinect的过程就是发布一些列Topic的过程,这些Topic包括:/camera/rgb/image_color:该话题即对应于我们需要的RGB图像数据至此图像发布的任务完毕若想把图像显示出来,需要进行下一节“图像的接收与显示”/camera/rgb/image_raw:RGB图像的原始数据/camera/grey:这是灰度图像/camera/depth:这是场景深度图像第21页，共58页。

图像的发布:Kinect的RGB摄像头图:Rviz中显示出的Kinect发布的点云信息第22页，共58页。

图像的发布:笔记本内置摄像头对于笔记本内置USB摄像头的图像获取,要比Kinect复杂.这是由于ROS对Kinect的支持包括了图像Topic的发布,而对于计算机的内置/外置USB摄像头,需要我们自己做些操作下载usb_cam包:/bosch-ros-pkg/usb_cam.git.包含如下3个文件//usb_cam.h//usb_cam.cpp:由于是在Ubuntu(12.04)系统下进行的,因此里面用到了Linux的V4L2视频驱动与服务//usb_cam_node.cpp摄像头的图像在此节点中发布第23页，共58页。

图像的发布:笔记本内置摄像头第24页，共58页。

图像的发布:外置USB摄像头也需要利用包usb_cam由于外接USB摄像头的设备名为video1，因此将设备名的语句修改为除此之外,其它操作与上一节的内置摄像头图像发布一致第25页，共58页。

图像的接收,处理与显示ROS的图像数据使用sensor_msgs/Image的消息格式CvBridge:属于ROS的库,在vision_opencv(堆stack)/cv_bridge(包package)/image_geometry中.用以转换sensor_msgs/Image至cv::Mat该部分功能：从相应Topic中获得sensor_msgs::Image图像信息(接收者)，并将其转化为cv::Mat的形式，并显示图像。当然，该部分首先需要图像源来发布一个图像Topic，例如上节的①Kinect，②内置USB摄像头，③外接USB摄像头第26页，共58页。

图像的接收,处理与显示第27页，共58页。

图像的接收,处理与显示第28页，共58页。

图像的接收,处理与显示上页的image_converter节点对应于图像发布源为Kinect,若想要获得外置/内置摄像头的图像时,将订阅者的Topic改为“/image_raw”即可.改为因此将该节点修改后重新编译并运行,便可以继续获取另一个图像源的图像.这也体现了ROS的代码维护非常灵活.第29页，共58页。

图像的接收,处理与显示第30页，共58页。

ROS的几个例程Helloworld图像先锋机器人P3AT/P3DXKinectSkeletonVoiceNetwork通讯第31页，共58页。

先锋机器人P3AT/P3DXP3AT/P3DX的配置角速度和线速度控制量的发布控制量发布的节点:对应Publisher控制量的接收控制量接收的节点:对应Subscriber即控制机器人的运动第32页，共58页。

P3AT/P3DX的配置由于P3AT是串口通讯,我的笔记本上仅有USB口,因此首先需要配置USB转串口.安装ROSARIAARIA是ActivMedia公司为先锋机器人提供的驱动与服务由于该公司也支持ROS,因此发布了ROSARIA版本第33页，共58页。

角速度和线速度控制量的发布话题名称"/RosAria/cmd_vel“该话题名称要与下一节接收节点中的一致消息类型为ROS自定义的:geometry_msgs::Twist在该Twist数据结构中,包括了角速度控制量与线速度控制量第34页，共58页。

角速度和线速度控制量的发布第35页，共58页。

控制量的接收首先下载包rosaria:/amor-ros-pkg/rosaria.git该包中含有RosAria.cpp文件将该文件编译为节点RosAria,并运行该节点节点RosAria的功能:接收上节的Twist数据结构(即订阅者),Twist中含有角速度与线速度的数据.将控制量发送给先锋机器人,即让机器人做相应运动.第36页，共58页。

控制量的接收第37页，共58页。

ROS的几个例程Helloworld图像先锋机器人P3AT/P3DXKinectSkeleton(人体骨骼识别)VoiceNetwork通讯第38页，共58页。

KinectSkeleton由于用到了Kinect的骨骼识别,因此首先需要安装NiTE之后下载包openni_tracker:/ros-drivers/openni_tracker.gitopenni_tracker节点将用户的骨骼位置发布(发布者)Topic为“/tf”Message为tf2_msgs::TFMessage,一个TFMessage的对象包括了一个关节的位置与姿态信息第39页，共58页。

KinectSkeleton第40页，共58页。

KinectSkeleton第41页，共58页。

KinectSkeleton图:Rviz显示出的发布的tf的信息第42页，共58页。

ROS的几个例程Helloworld图像先锋机器人P3AT/P3DXKinectSkeletonVoiceNetwork通讯第43页，共58页。

Voice语音识别语言发布综合:声音的接收与发声第44页，共58页。

Voice:语言识别包pocketsphinx的安装与配置pocketsphinx用以语言识别,并发布(Publish)识别结果String识别结果的接收与显示将pocketsphinx发布的String其获取(Subscribe)后从屏幕上显示第45页，共58页。

Voice第46页，共58页。

Voice:语言发布包sound_play的安装与配置利用程序来控制发声第47页，共58页。

Voice:综合:声音的接收与发声利用pocketsphinx对语言进行识别,并以String的消息类型来发布接收pocketsphinx发布的String将String显示到屏幕上发声:将String朗读出来当然也可以朗读其它语句,即实现了人机之间的对话第48页，共58页。

Voice:综合:声音的接收与发声第49页，共58页。

ROS的几个例程Helloworld图像先锋机器人P3AT/P3DXKinectSkeletonVoiceNetwork通讯第50页，共58页。

Network通讯(以两主机为例)ROS的分布式特点:对两主机进行简单配置后,若有相同的Topic,则节点之间即可跨主机利用网络进行通讯.因此网络通讯/控制变为十分简单.实验场景:取名为”hal”的电脑上连接先锋机器人P3AT,并连接Wifi取名为”marvin”的电脑(我的笔记本)没有连接设备,但与”hal”连接了同一个Wifi目标:让”marvin”将先锋机器人的控制命令通过Wifi发送给”hal”,然后”hal”再把此命令发送给先锋机器人第51页，共58页。

Network通讯(以两主机为例)第52页，共58页。