ROS概念
ROS全称Robot Operating System(机器人操作系统)
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
ROS框架
ROS 框架主要分成三个层级，分别是 ROS 文件系统、ROS 计算图和 ROS 社区。
ROS文件系统
ROS 的文件系统主要介绍了硬盘上 ROS 文件的组织形式。其中，我们必须了解的主要有以下几个方面：
- 软件包（Package）：ROS 软件包是 ROS 软件框架的独立单元。ROS 软件包可能包含源代码、第三方软件库、配置文件等。ROS 软件包可以复用和共享。
- 软件包清单（Package Manifest）：清单文件（package.xml）列出了软件包的所有详细信息，包括名称、描述、许可信息以及最重要的依赖关系。
- 消息（msg）类型：消息的描述存储在软件包的 msg 文件夹下。ROS 消息是一组通过 ROS 的消息传递系统进行数据发送的数据结构。消息的定义存储在扩展名为 .msg 的文件里。
- 服务（srv）类型：服务的描述使用扩展名 .srv 存储在 srv 文件夹下。该文件定义了 ROS 内服务请求和响应的数据结构。
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
|-- 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...(以前版本是 manifest.xml)
|-- 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ROS计算图
ros 程序运行之后，不同的节点之间是错综复杂的，ROS 中提供了一个实用的工具:rqt_graph。
rqt_graph能够创建一个显示当前系统运行情况的动态图形。ROS 分布式系统中不同进程需要进行数据交互，计算图可以以点对点的网络形式表现数据交互过程。rqt_graph是rqt程序包中的一部分。
ROS 计算图中的基本功能包括节点、ROS 控制器、参数服务器、消息和服务：
- 节点（Node）：ROS 节点是使用 ROS 功能处理数据的进程。节点的基本功能是计算。例如，节点可以对激光扫描仪数据进行处理，以检查是否存在碰撞。ROS 节点的编写需要 ROS 客户端库文件（如roscpp和rospy）的支持。
- ROS 控制器（Master）：ROS 节点可以通过名为 ROS 控制器的程序相互连接。此程序提供计算图其他节点的名称、注册和查找信息。如果不运行这个控制器，节点之间将无法相互连接和发送消息。
- 参数服务器（Parameter server）：ROS 参数是静态值，存储在叫作参数服务器的全局位置。所有节点都可以从参数服务器访问这些值。我们甚至可以将参数服务器的范围设置为 private 以访问单个节点，或者设置为 public 以访问所有节点。
- ROS主题（Topic）：ROS 节点使用命名总线（叫作 ROS 主题）彼此通信。数据以消息的形式流经主题。通过主题发送消息称为发布，通过主题接收数据称为订阅。
- 消息（Message）：ROS 消息是一种数据类型，可以由基本数据类型（如整型、浮点型、布尔类型等）组成。ROS 消息流经 ROS 主题。一个主题一次只能发送/接收一种类型的消息。我们可以创建自己的消息定义并通过主题发送它。
- 服务（Service）：我们看到使用 ROS 主题的发布/订阅模型是一种非常灵活的通信模式，这是一种一对多的通信模式，意味着一个主题可以被任意数量的节点订阅。在某些情况下，可能还需要一种请求/应答类型的交互方式，它可以用于分布式系统。这种交互方式可以使用 ROS 服务实现。ROS 服务的工作方式与 ROS 主题类似，因为它们都有消息类型定义。使用该消息定义可以将服务请求发送到另一个提供该服务的节点。服务的结果将作为应答发送。该节点必须等待，直到从另一个节点接收到结果。
- ROS 消息记录包（Bag）：这是一种用于保存和回放 ROS 主题的文件格式。ROS 消息记录包是记录传感器数据和处理数据的重要工具。这些包之后可以用于离线测试算法
演示
首先，按照前面所示，运行案例
然后，启动新终端，键入: rqt_graph 或 rosrun rqt_graph rqt_graph，可以看到类似下图的网络拓扑图，该图可以显示不同节点之间的关系。
ROS快速体验
HelloWorld实现简介
ROS中涉及的编程语言以C++和Python为主，ROS中的大多数程序两者都可以实现,ROS中的程序即便使用不同的编程语言，实现流程也大致类似，以当前HelloWorld程序为例，实现流程大致如下：
- 先创建一个工作空间；
- 再创建一个功能包；
- 编辑源文件；
- 编辑配置文件；
- 编译并执行。
1.创建工作空间并初始化
mkdir -p 自定义空间名称/src
cd 自定义空间名称
catkin_make2.进入 src 创建 ros 包并添加依赖
cd src
catkin_create_pkg 自定义ROS包名 roscpp rospy std_msgs上述命令，会在工作空间下生成一个功能包，该功能包依赖于** roscpp、rospy 与 std_msgs**，其中roscpp是使用C++实现的库，而rospy则是使用python实现的库，std_msgs是标准消息库，创建ROS功能包时，一般都会依赖这三个库实现。
补充 ：在ROS中，虽然实现同一功能时，C++和Python可以互换，但是具体选择哪种语言，需要视需求而定，因为两种语言相较而言:C++运行效率高但是编码效率低，而Python则反之，基于二者互补的特点，ROS设计者分别设计了roscpp与rospy库，前者旨在成为ROS的高性能库，而后者则一般用于对性能无要求的场景，旨在提高开发效率。
HelloWorld(C++版)
1.进入 ros 包的 src 目录编辑源文件
cd 自定义的包C++源码实现(文件名自定义)
#include "ros/ros.h"
int main(int argc, char *argv[])
{
//执行 ros 节点初始化
ros::init(argc,argv,"hello");
//创建 ros 节点句柄(非必须)
ros::NodeHandle n;
//控制台输出 hello world
ROS_INFO("hello world!");
return 0;
}2.编辑 ros 包下的 Cmakelist.txt文件
add_executable(步骤3的源文件名
src/步骤3的源文件名.cpp
)
target_link_libraries(步骤3的源文件名
${catkin_LIBRARIES}
)3.进入工作空间目录并编译
cd 自定义空间名称
catkin_make生成 build devel ….
4.执行
先启动命令行1：
roscore再启动命令行2：
cd 工作空间
source ./devel/setup.bash
rosrun 包名 C++节点命令行输出: HelloWorld!
补充：source ~/工作空间/devel/setup.bash可以添加进.bashrc文件，使用上更方便
添加方式1: 直接使用 gedit 或 vi 编辑 .bashrc 文件，最后添加该内容
添加方式2:echo “source ~/工作空间/devel/setup.bash” >> ~/.bashrc
参考文献
