ROS机器人程序设计(原书第2版)第1章 ROS Hydro系统入门-阿里云开发者社区

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ROS机器人程序设计(原书第2版)第1章 ROS Hydro系统入门

简介:

第1章

ROS Hydro系统入门

欢迎开始阅读本书第1章。本章将介绍如何安装ROS系统,它是一种新的标准化机器人系统软件框架。本书是基于ROS Fuerte的《ROS机器人程序设计》一书的升级版。通过ROS,你可以使用大量的示例代码和开源程序轻松地完成机器人编程和控制。同时,你还能够理解如何使用各种传感器与执行器,并为你的机器人增加新的功能,如自动导航和视觉感知等。得益于开源理念,以及持续开发最先进算法并不断提供新功能的开源社区,ROS不断进步完善。

通过本书,你将学习到如下内容:

在特定版本的Ubuntu系统下安装ROS Hydro框架

ROS的基本操作

调试以及数据可视化

在ROS框架下进行机器人编程

连接传感器、执行器和硬件设备以创建机器人

创造三维(3D)模型并进行仿真

使用导航功能包集使机器人实现自主行驶

本章主要介绍怎样在Ubuntu系统中安装完整版本的ROS Hydro。Ubuntu不但能够全面支持ROS,而且是ROS官方推荐的操作系统。当然,你也可以在其他的操作系统中安装ROS。这本书使用的Ubuntu版本是12.04(Precise Pangolin),你可以在http://releases.ubuntu.com/12.04/免费下载安装。

在开始安装之前,我们首先了解一下ROS的历史。

Robot Operating System(ROS)是一个得到广泛使用的机器人系统的软件框架。ROS的基本原理是无需改动就能够在不同的机器人上复用代码。基于这些,我们就可以在不同的机器人上分享和复用已经实现的功能,而不需要做太多的工作,避免了重复劳动。

2007年,斯坦福大学人工智能实验室(Stanford Artificial Intelligence Laboratory,SAIL)在斯坦福AI机器人项目(Stanford AI Robot project)的支持下开发了ROS。2008年之后,其主要在Willow Garage公司支持下与超过20多家研究机构联合研发ROS。

现在已经有很多家研究机构通过增加ROS支持的硬件或开放软件源代码的方式加入ROS系统的开发中。同样,也有很多家公司将其产品逐步进行软件迁移并在ROS系统中应用。一些完全支持ROS系统的平台如下图所示。这些平台往往会开放大量的代码、示例和仿真环境,以便开发人员轻松地开展工作。前三个发布代码的机器人例子是人形机器人。最后一个是由拉斯帕尔马斯大学开发的水下机器人,代码尚未公布。你可以在http://wiki.ros.org/Robots找到很多这样的例子。

 

ROS系统已经支持这些机器人中的传感器和执行器,同时每天ROS软件框架支持的设备也在增加。此外,得益于ROS和开放硬件,大量公司正在创建更便宜和更强大的传感器。Arduino开发板是一个很好的例子,使用廉价的电路板可以添加很多类型的传感器如编码器、光和温度传感器等。

ROS提供了一个标准的操作系统环境,包括硬件抽象、底层设备控制、通用功能的实现、进程间消息转发和功能包管理等。

它基于一个集中式拓扑的图结构,在节点中接收许多传感器、控制、状态、规划、执行器数据进行计算处理,并发送。它的各种库与功能包都是面向类UNIX系统的。

*-ros-pkg作为一种社区化的软件库使开发高级库更为容易。其中,很多功能是和ROS系统绑定的,如导航库和rviz可视化界面都基于这个库。其中的一些库包含很多强大的工具,可以帮助我们方便使用ROS并了解机器人当前的实时状态。其中,可视化工具、仿真环境和调试工具是最重要的几个。在下图中你可以看到两个工具,rviz和rqt_plot。中间是rqt_plot的截图,你可以看到由传感器数据绘制的曲线。另外两个截图是rviz;截图中可以看到真实机器人的三维显示。

 

ROS是一个使用BSD(Berkeley Software Distribution)开源协议的开源软件。无论是商业应用还是科学研究它都是免费的。*-ros-pkg包受到了多个开源协议的限制。

用ROS你可以做更多工作。你可以使用库中的代码,改进后再次共享。这种观念就是开源软件的本质。

ROS已经发布了多个版本,最新的版本是Indigo。在本书中,我们使用的版本是Hydro,因为这个版本更加稳定,而Indigo是实验版本,可能存在错误。

下面会介绍如何安装Hydro版本的ROS。即使在本书中我们使用Hydro,但是在实际工作中,你仍然可能需要安装老版本以便运行一些代码。

如前所述,本书中所使用的操作系统是Ubuntu,全书的内容及教程将以该系统为基础。如果你习惯使用其他操作系统又想完成本书的学习,最好的选择就是安装一个带有Ubuntu的虚拟机。因此,本章末尾会介绍虚拟机的安装方法。

当然,如果你想在其他系统中安装ROS,你可以根据链接http://wiki.ros.org/hydro/Installation中的指导来完成。

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