ROS是什么？
一、什么是ROS？为什么要用它？
定义：ROS（Robot Operating System，机器人操作系统）是一个用于机器人软件开发的开源中间件框架，主要提供消息通信、硬件抽象、驱动程序封装、调试工具等功能。
类比：可以把 ROS 想象成“机器人操作系统中的 Windows/Ubuntu”，它并不控制硬件，但提供了一个模块化通信与协作的平台，让你开发的各个功能模块（如感知、控制、路径规划）能够高效协作。
目标：
降低机器人系统开发门槛；
提供可复用的模块；
方便集成第三方算法与传感器。
二、ROS 系统的核心结构
| 组件 | 作用 | 举例 |
|---|---|---|
| Node（节点） | 功能模块的最小单元 | 激光雷达节点、路径规划节点 |
| Topic（话题） | 异步发布/订阅消息的通道 | /scan（激光数据），/cmd_vel（速度控制） |
| Msg（消息） | Topic 中传输的数据类型 | sensor_msgs/LaserScan |
| Service（服务） | 同步请求-响应机制 | 让机器人执行一次性任务，如"回原点" |
| Parameter | 全局参数服务器，存储配置 | 传感器偏差、PID参数 |
| Launch file | 启动多个节点并设置参数的 xml 脚本 | 启动整个机器人系统 |
| Master | 中央协调器，管理节点名称与注册 | ROS 核心组件之一 |
三、ROS 的运行机制
1. ROS Master
所有节点都首先向 master 注册自己
master 不转发数据，只负责登记“谁是谁”
2. 节点通信方式
Topic：发布-订阅机制（类似广播）
Service：请求-应答机制（类似函数调用）
Action：带反馈的长时间任务（如导航、抓取）
3. 通信协议
底层使用 TCPROS（基于 TCP） 或 UDPROS（基于 UDP） 传输
四、ROS 开发实践
语言支持
ROS1 支持 C++ 和 Python，常用的是：
C++：效率高，用于控制与底层设备
Python：开发快速，适合逻辑与集成
一个典型流程
# 1. 创建工作空间
mkdir -p ~/catkin_ws/src && cd ~/catkin_ws && catkin_make# 2. 创建功能包
cd src && catkin_create_pkg my_robot std_msgs roscpp rospy# 3. 编写节点
vim src/my_robot/src/talker.cpp
典型代码：C++ 发布话题
ros::Publisher pub = nh.advertise<std_msgs::String>("chatter", 10);
std_msgs::String msg;
msg.data = "Hello ROS!";
pub.publish(msg);
五、ROS 与硬件驱动
如何让 ROS 控制真实机器人？
| 设备 | 通常方式 |
|---|---|
| 激光雷达 | 使用厂商提供的 ROS 驱动节点 |
| 相机 | 使用 usb_cam 或 realsense-ros 等包 |
| 电机控制板 | 写串口通信程序，封装成 ROS 节点 |
| IMU/GPS | 通常用 serial 或 can 接口，通过 ROS 发布 |
通常你需要写“驱动层节点（node）”，将硬件数据转换为 ROS 消息，并发布出来供其他模块使用。