• ROS的重要概念
  • 主节点
  • 节点
  • 功能包
  • 元功能包
  • 消息
  • 话题
  • 发布与发布者
  • 订阅与订阅者
  • 动作
  • 参数
  • 参数服务器
  • catkin
  • roscore
  • rosrun
  • roslaunch
  • bag
  • 状态图
  • URI
  • CMakeLists.txt
  • package.xml
• 其他

ROS的重要概念

ROS的重要概念：消息通信、消息文件、名称(Name)、坐标变换(TF)、客户端库、不同设备之间的通信、文件系统和构建系统。

主节点

主节点(master)负责节点到节点的连接和消息通信，类似于名称服务器(Name Server)。roscore是它的运行命令，当运行主节点时，可以注册每个节点的名字，并根据需要获取信息。没有主节点，就不能在节点之间建立访问和消息交流(如话题和服务)。

当启动ROS时，主节点将获取用户设置的ROS_MASTER_URI变量中列出的URI地址和端口。除非另外设置，默认情况下，URI地址使用当前的本地IP，端口使用11311。

节点

节点(node)是指在ROS中运行的最小处理器单元。可以把它看作一个可执行程序。在ROS中，建议为一个目的创建一个节点，建议设计时注重可重用性。例如，在移动机器人的情况下，为了驱动机器人，将每个程序细分化。也就是说，使用传感器驱动、传感器数据转换、障碍物判断、电机驱动、编码器输入和导航等多个细分节点。

节点在运行的同时，向主节点注册节点的名称，并且还注册发布者(publisher)、订阅者(subscriber)、服务服务器(service server)、服务客户端(service client )的名称，且注册消息形式、URI地址和端口。基于这些信息，每个节点可以使用话题和服务与其他节点交换消息。

节点使用XMLRPC与主站进行通信，并使用TCP/IP通信系列的XMLRPC或TCPROS5进行节点之间的通信。节点之间的连接请求和响应使用XMLRPC，而消息通信使用TCPROS，因为它是节点和节点之间的直接通信，与主节点无关。URI地址和端口则使用存储于运行当前节点的计算机上的名为ROS_HOSTNAME的环境变量作为URI地址，并将端口设置为任意的固有值。

功能包

功能包(package)是构成ROS的基本单元。ROS应用程序是以功能包为单位开发的。功能包包括至少一个以上的节点或拥有用于运行其他功能包的节点的配置文件。

元功能包

元功能包(metapackage)是一个具有共同目的的功能包的集合。例如，导航元功能包包含AMCL、DWA、EKF和map_server等10余个功能包。

消息

节点之间通过消息(message)来发送和接收数据。消息是诸如integer、floating point和boolean等类型的变量。用户还可以使用诸如消息里包括消息的简单数据结构或列举消息的消息数组的结构。使用消息的通信方法包括TCPROS，UDPROS等，根据情况使用单向消息发送/接收方式的话题(topic)和双向消息请求(request)/响应(response)方式的服务(service)。

话题

话题(topic)就是“故事”。在发布者(publisher)节点关于故事向主节点注册之后，它以消息形式发布关于该故事的广告。希望接收该故事的订阅者(subscriber)节点获得在主节点中以这个话题注册的那个发布者节点的信息。基于这个信息，订阅者节点直接连接到发布者节点，用话题发送和接收消息。

发布与发布者

发布(publish)是指以与话题的内容对应的消息的形式发送数据。为了执行发布，发布者(publisher)节点在主节点上注册自己的话题等多种信息，并向希望订阅的订阅者节点发送消息。发布者在节点中声明自己是执行发布的个体。单个节点可以成为多个发布者。

订阅与订阅者

订阅是指以与话题内容对应的消息的形式接收数据。为了执行订阅，订阅者节点在主节点上注册自己的话题等多种信息，并从主节点接收那些发布此节点要订阅的话题的发布者节点的信息。基于这个信息，订阅者节点直接联系发布者节点来接收消息。订阅者在节点中声明自己执行订阅的个体。单个节点可以成为多个订阅者。

发布和订阅概念中的话题是异步的，这是一种根据需要发送和接收数据的好方法。另外，由于它通过一次的连接，发送和接收连续的消息，所以它经常被用于必须连续发送消息的传感器数据。然而，在某些情况下，需要一种共同使用请求和响应的同步消息交换方案。因此，ROS提供叫做服务(service)的消息同步方法。服务分为响应请求的服务服务器和请求后接收响应的服务客户端。与话题不同，服务是一次性的消息通信。当服务的请求和响应完成时，两个节点的连接被断开。

动作

动作(action)是在需要像服务那样的双向请求的情况下使用的消息通信方式，不同点是在处理请求之后需要很长的响应，并且需要中途反馈值。动作文件也非常类似于服务，目标(goal)和结果(result)对应于请求和响应。此外，还添加了对应于中途的反馈(feedback)。它由一个设置动作目标(goal)的动作客户端(action client)和一个动作服务器(action server)，动作服务器根据目标执行动作，并发送反馈和结果。

动作客户端和动作服务器之间进行异步双向消息通信。话题、服务和动作之间的差异如下表所示

参数

ROS中的参数(parameter)是指节点中使用的参数。可以把它想象成一个Windows程序中的*.ini配置文件。这些参数是默认(default)设置的，可以根据需要从外部读取或写入。尤其是，它可以通过使用外部的写入功能实时更改设置值，因此非常有用。例如，您可以指定与外部设备连接的PC的USB端口、相机校准值、电机速度或命令的最大值和最小值等设置值。

参数服务器

参数服务器(parameter server)是指在功能包中使用参数时，注册各参数的服务器。参数服务器也是主节点的一个功能。

catkin

catkin是指ROS的构建系统。ROS的构建系统基本上使用CMake(Cross Platform Make)，并在功能包目录中的CMakeLists.txt文件中描述构建环境。在ROS中，我们将CMake修改成专为ROS定制的catkin构建系统。catkin从ROS Fuerte版本开始进行alpha测试，并从Groovy版本开始核心功能包转换为catkin，且从Hydro版本开始应用于大部分功能包。catkin构建系统让用户方便使用与ROS相关的构建、功能包管理以及功能包之间的依赖关系等。现在使用ROS的话，需要使用catkin而不是rosbuild。

roscore

roscore是运行ROS主节点的命令。也可以在另一台位于同一个网络内的计算机上运行它。但是，除了支持多roscore的某些特殊情况，roscore在一个网络中只能运行一个。运行ROS时，将使用您在ROS_MASTER_URI变量中列出的URI地址和端口。如果用户没有设置，会使用当前本地IP作为URI地址并使用端口11311。

rosrun

rosrun是ROS的基本运行命令。它用于在功能包中运行一个节点。节点使用的URI地址将存储在当前运行节点的计算机上的ROS_HOSTNAME环境变量作为URI地址，端口被设置为任意的固有值。

roslaunch

如果rosrun是执行一个节点的命令，那么roslaunch是运行多个节点的概念。该命令允许运行多个确定的节点。其他功能还包括一些专为执行具有诸多选项的节点的ROS命令，比如包括更改功能包参数或节点名称、配置节点命名空间、设置ROS_ROOT和ROS_PACKAGE_PATH以及更改环境变量等。

roslaunch使用*.launch文件来设置可执行节点，它基于可扩展标记语言(XML)，并提供XML标记形式的多种选项。

bag

用户可以保存ROS中发送和接收的消息的数据，这时用于保存的文件格式称为bag，是以*.bag作为扩展名。在ROS中，这个功能包可以用来存储信息并在需要时可以回放以前的情况。例如，当使用传感器执行机器人实验时，使用bag将传感器值以消息形式保存。有了这些保存的信息，即使不重复执行之前的实验，也能通过回放保存的bag文件来反复利用当时的传感器值。特别的，如果利用rosbag的记录和回放功能，在开发那些需要反复修改程序的算法的时候会非常有用。

状态图

上面描述的节点、话题、发布者和订阅者之间关系可以通过状态图(graph)直观地表示。它是当前正在运行的消息通信的图形表示。但不能为一次性服务创建状态图。执行它是通过运行rqt_graph功能包的rqt_graph节点完成的。有两种执行命令：rqt_graph和rosrun rqt_graph rqt_graph。

URI

统一资源标识符(URI，Uniform Resource Identifier)是代表Internet上资源的唯一地址。该URI被用作Internet协议中的标识符，是在Internet上所需的基本条件。

CMakeLists.txt

cmake_minimum_required()                                     #指定catkin最低版本
project()                                                    #指定软件包的名称
find_package()                                               #指定编译时需要的依赖项
add_message_files()/add_service_files()/add_action_files()   #添加消息文件/服务文件/动作文件
generate_messages()                                          #生成消息、服务、动作
catkin_package()                                             #指定 catkin 信息给编译系统生成 Cmake 文件
add_library()/add_executable()                               #指定生成库文件、可执行文件
target_link_libraries()                                      #指定可执行文件去链接哪些库
catkin_add_gtest()                                           #添加测试单元
install()                                                    #生成可安装目标

package.xml

<package>  <! --根标签-->
   <name>  <!--包名-> 
   <version>  <!--版本号--> 
   <description>  <!--包描述-->  
   <maintainer>  <!--维护者--> 
   <license> <!--软件许可--> 
   <buildtool_depend> <!--编译工具-->  
   <build_depend> <!--编译时的依赖, 一般修改依赖部分的内容--> 
   <run_depend> <!--运行时的依赖--> 
 </package>  <!--根标签-->

其他

1, 当执行roscore时，将用户设置的ROS_MASTER_URI作为主URI，并且驱动主节点。