ROS机器人操作系统发展与版本历程

"ROS发展历程-非线性系统习题解(有目录)by hassan k. khalil" ROS，即Robot Operating System（机器人操作系统），是一个开源操作系统，专为机器人设备和软件应用程序设计，旨在促进机器人研究和开发。ROS的诞生源于21世纪初对人工智能的深入探索，尤其是斯坦福大学人工智能实验室的STAIR项目，它孕育了灵活的机器人软件系统原型。2007年，Willow Garage公司与STAIR项目合作，进一步发展和完善了这些概念，推动了ROS的诞生。 ROS1.0版本在2010年发布，基于PR2机器人进行开发，包含了大量基础软件包，为机器人技术研究提供了一个通用平台。从那时起，ROS经历了频繁的版本迭代，如Jade、Indigo、Kinetic和Lunar等，其中Kinetic和Indigo作为Long Term Support（LTS）版本，被广大用户广泛采用。 ROS的核心组件包括Node、Master、Topic、Msg、Service、Parameter Server、Action等，它们共同构建了ROS的通信架构。Node是ROS中的基本执行单元，Master负责节点的注册和发现。Topic是数据流的通道，Msg定义了通过Topic传递的数据结构。Service允许请求-响应通信模式，Srv定义了服务的接口。Parameter Server存储全局参数，而Action则支持更复杂的异步任务处理。 ROS的软件开发采用Catkin作为构建系统，管理Package、CMakeLists.txt和package.xml等文件，使得代码组织和编译更加规范。此外，还有像Catkin工作空间、Metapackage、RoboWare Studio等工具，为开发者提供了便利的开发环境。同时，ROS还提供了Gazebo模拟器、RViz可视化工具、Rqt图形界面工具、Rosbag数据记录和回放功能、Rosbridge实现ROS与Web之间的通信，以及moveit!用于高级运动规划。 在编程接口方面，ROS提供了roscpp和rospy两个主要的客户端库。roscpp面向C++开发者，提供了NodeHandle、Topic、Service、Param和时间管理等功能。rospy则更适合Python程序员，同样支持Topic、Service、Param操作，以及时间处理和日志记录。 ROS的TF（Transform Tree）系统是处理多传感器和机器人部件之间坐标变换的关键组件，它允许在不同坐标系间进行高效且准确的转换。URDF（Unified Robot Description Format）是ROS中描述机器人结构的标准格式，它可以包含机器人模型的几何、关节和传感器信息，便于在不同模块间共享和理解机器人模型。 通过学习ROS，开发者能够构建复杂的机器人系统，利用各种工具和通信机制实现机器人感知、决策和行动。随着ROS的不断进化，它已成为机器人技术领域的事实标准，为全球的研究者和工程师提供了强大的平台和丰富的资源。