机器人入门（一）

news2024/11/30 10:52:51

机器人入门（一）

    • 一、ROS是什么，能用来干什么？
    • 二、哪些机器人用到了ROS？
    • 三、ROS和操作系统是绑定的吗？
    • 四、ROS 1 和ROS 2的关系是什么？
      • 4.1架构
        • 中间件改变
        • API改变
        • 数据格式改变
      • 4.2特性
      • 4.3工具/生态
    • References

本篇仅作为学习总结，内容不会大而全，详细内容请见书本： ROS Robotics By Example (Second Edition) —— Carol Fairchild Dr.Thomas L.Harman

一、ROS是什么，能用来干什么？

ROS是Robot Operating System（机器人操作系统）的缩写，此操作系统是开源的。既然末尾带了OS，那自然是干操作系统的事情，它可以为你提供控制各种机器人的能力，但无需知道各种机器人的细节。

书中原文是这么描述的：“One of its main purposes is to provide communication between the user, the computer’s operating system, and equipment external to the computer.”

我个人认为上面的结构是对的，因为设备要经过ROS抽象，才能让各部件通用化，并统一将数据交给与计算机硬件打交道的操作系统进行处理。当然，user也可以直接接触Computer’s OS。
在这里插入图片描述

二、哪些机器人用到了ROS？

书中提供了这个网址：http://wiki.ros.org/Robots，点进去一看，确实包罗万象，搜一搜著名的波士顿动力机器人，Atlas，没搜到，搜搜书本上的机器人：Baxter，没搜到，于是我对着网页找了下Baxter，找到了名字叫Mobility Base的机器人，图片和书中一致，只是缺了手，所以叫Mobility Base，继续，TurtleBot2、TurtleBot3和Crazyfile也搜到了，还不错。

继续浏览的时候，我在education标签分类下，看到了Jet，于是，我好奇Jet和JetAuto之间的关系：

Jet：Jet is a smart, autonomous, low-cost robot kit based on the NVIDIA Jetson embedded development platform. 看来Jet是基于英伟达的Jetson嵌入式开发平台。

JetAuto：JetAuto是面向ROS教育场景开发的入门型ROS轮式机器人，它搭载了NVIDA Jetson Nano。

看来NVIDA的 Jetson 是款抢手货，那Jetson究竟是个什么，来到 Jetson 的wiki百科页面，阅读后得知，Jetson有几个版本分支，而Jetson Nano是其中的一种，全称是Jetson Nano Developer Kit，Nano（计量单位，纳。纳米：nanometer）是形容这东西小巧灵活 ，此产品面向的群体有制造商、初学者和开发人员，对许多流行的外设和部件都可以做到开箱即用。更多关于Jetson Nano的内容可以直接去NVIDIA官网查看，板子是好板子，就看怎么使了。

网站里给robot分了这么几类：ground(车)、manipulator(机械臂)、Aerial(飞行器)、marine(船)、component(零部件)，所有东西还是在想象范围之内的：地上走的、天上飞的、水里游的，一般的robot在地球上工作，无外乎这三个地方（即便高大上如火星车也使用ROS），然后就是加些机械臂啊，摄像头啊，传感器啊，能走能跑，握得稳，看得清，听得见这就差不多齐活，至于表现的像个真人一样，那是后话。

三、ROS和操作系统是绑定的吗？

ROS和Ubuntu操作系统是有对应关系的，软件开发中这有点搞人心态，甚至升级个版本就didn’t work，后来又一想，这个问题是由于人类之间的组织互不隶属，虽然互联网让彼此之间互通有无，良好的开发文档给开发人员清晰的理解，业界通用的设计规范使工程师之间有共同语言，但究竟是谁说服谁，this is a question。工作后发现，哪怕组织是隶属的，写出垃圾代码的企业也是一抓一大把。

ROS 1与Linux之间的对应关系可以在REP 3(ROS Enhancement Proposal，ROS进阶提案)里找到[2]，这里只列举部分。

ROS 1LinuxEOL(End of Life) date
ROS Noetic NinjemysUbuntu Focal Fossa (20.04，代表2020年4月份发行)2025年5月
ROS Melodic MoreniaUbuntu Artful (17.10)
Ubuntu Bionic (18.04)		2023年6月27日
ROS Lunar LoggerheadUbuntu Xenial (16.04)
Ubuntu Yakkety (16.10)
Ubuntu Zesty (17.04)		2019年5月
ROS Kinetic KameUbuntu Wily (15.10)
Ubuntu Xenial (16.04)		2021年4月
ROS Jade TurtleUbuntu Trusty (14.04)
Ubuntu Utopic (14.10)
Ubuntu Vivid (15.04)		2017年5月
ROS Indigo lglooUbuntu Saucy (13.10)
Ubuntu Trusty (14.04 LTS)		2019年4月
ROS Hydro MedusaUbuntu Precise (12.04 LTS)
Ubuntu Quantal (12.10)
Ubuntu Raring (13.04)		2015年5月
ROS Groovy GalapagosUbuntu Oneiric (11.10)
Ubuntu Precise (12.04 LTS)
Ubuntu Quantal (12.10)		2014年7月

只要相应版本的Ubuntu停止支持，该版本对应的ROS也将停止支持工作，还有些其它规矩。

Release rules

  • ROS release timing is based on need and available resources
  • All future ROS 1 releases are LTS, supported for five years（看发行时间确实如此，没猜错的话，这个时间也是根据Ubuntu的维护时间来的，但文章没明确说）
  • ROS releases will drop support for EOL Ubuntu distributions, even if the ROS release is still supported.

Side effects of the release policy:

  • Every ROS release will be supported on exactly one Ubuntu LTS.
  • LTS releases will not share a common Ubuntu release with any previous releases.
  • ROS releases will not add support for new Ubuntu distributions after their release date.

These simplified rules and side effects are subject to change with changes to the underlying Ubuntu release policy.

此文档也说了它推荐的一些Fedora发行版（Fedora是软呢帽的意思，Red Hat的logo即它，颇具浪漫主义气质），Fedora各版本的下载地址与ROS 2各个发行版清单的访问地址在文末的References给出。

四、ROS 1 和ROS 2的关系是什么？

此问题下的内容主要来自于文章ROS 1 vs ROS 2 What are the Biggest Differences? [5]，二者的不同体现在三方面：架构、特性、工具/生态。

4.1架构

中间件改变

ROS 1使用了ROS主从架构和XML-RPC(Remote Procedure call)中间件。这个中间件是一种远程过程调用方法，使用XML格式并通过socket，在程序之间传递数据[8]。

API改变

ROS 1的两个libraries是互相独立的，支持C++的roscpp，以及支持Python的rospy，并且二者功能还不等价。

而ROS 2则干脆许多了，library有一个用C写的rcl(ROS client library)，Github上也有其官方用C++编的rclcpp，其余的libraries都是构建在此基础上，因此这也是ROS 2可以提供更多语言支持的关键。

数据格式改变

ROS 2的rosbags就序列化方面，比ROS 1更具便捷性，剩余内容请看原文。

4.2特性

ROS 2支持多线程执行，实时处理功能，剩余内容请看原文。

4.3工具/生态

ROS 2取消了Catkin，代之用Ament作为系统构建工具；ROS 2有一个辅助工作空间，在不影响现有的工作空间情况下，有助于在不影响现有配置的情况下进行新包测试。

另外在系统生态方面，ROS 2不兼容ROS 1。ROS 1主要是为Ubuntu构建的，而ROS 2可以运行在MacOS，Windows，Ubuntu和其它OS上。

最后，文章作者建议逐步从ROS 1迁移至ROS 2，因为ROS 1将在2025年停止支持。

References

[1] Jetson Nano - NVIDIA官网

[2] REP 3 - Target Platforms

[3] Fedora各版本的下载地址

[4] ROS 2各个发行版的清单

[5] ROS 1 vs ROS 2 What are the Biggest Differences?

[6] Changes between ROS 1 and ROS 2

[7] Ros 2 how is it better than Ros 1?

[8] XML-RPC COMMUNICATION

[9] Fedora - wiki

[10] ROS官网

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