ROS简介

1.1 机器人时代与ROS诞生

他们速度很快，具有非凡智慧与致命力量；他们不受生命周期桎梏，是未来科技的希望。机器人和仿生机器，正要从实验室的襁褓中迸裂而出，投入市场的广阔天地，运算能力的大幅进步加上最新的机器人脑部设计，为机器人科技带来前所未有的改革，毋庸置疑，机器人即将改变人类工作场所及生活状态。神爱世人，人亦钟情所造之物，如今有幸跟随时代步伐，一起创造世界，借不灭之躯，走遍险远之地，看尽世之奇伟瑰怪。

曾经，机器人创新的门槛非常高。如果你想在任何应用领域开发出有分量的产品，你需要建立一整套能够实现你想法的系统：包括硬件设备，当然还有控制系统，界面接口，以及让机器人运行并作为测试平台的检测工具。“没有什么是现成的设备，除了一些很差，闭源的东西外。”

随着机器人领域的快速发展和复杂化，代码复用和模块化的需求日益强烈，已有的开源系统已不能很好地适应需求，2010年Willow Garage公司发布了开源机器人操作系统ROS。

ROS软件的开发自始至终采用开放的BSD协议，在机器人技术研究领域逐渐成为一个被广泛使用的平台。

Willow Garage公司和斯坦福大学人工智能实验室合作以后，在2009年初推出了ROS0.4，这是一个测试版的ROS，现在所用的系统框架在这个版本中已经具有了初步的雏形。之后的版本才正式开启了ROS的发展成熟之路。

1.2 历代ROS版本

ROS1.0版本发布于2010年，基于PR2机器人开发了一系列机器人相关的基础软件包。随后ROS版本迭代频繁，目前已经发布到了Lunar。 目前使用人数最多的是Kinetic和melodic这两个Long Term Support版本。2020年5月，ROS1最后一个版本更新，后续会进入ROS2.0的时代。

ROS版本	发布时间
Noetic Ninjemys	2020.5
Melodic Morenia	2018.5
Lunar Loggerhead	2017.5
Kinetic Kame	2016.5
Jade Turtle	2015.5
Indigo lgloo	2014.7
Hydro Medusa	2013.9
Groovy Galapagos	2012.12
Fuerte Turtle	2012.4
Electric Emys	2011.8
Diamondback	2011.3
C Turtle	2010.8
Box Turtle	2010.3

1.3 什么是ROS

机器人是一个系统工程，它涉及机械、电子、控制、通信、软件等诸多学科。以前，开发一个机器人需要花很大的功夫，你需要设计机械、画电路板、写驱动程序、设计通信架构、组装集成、调试、以及编写各种感知决策和控制算法，每一个任务都需要花费大量的时间。因此像电影《钢铁侠》中那样，仅靠一个人的力量造出一个动力超强的人形机器人机甲是不可能的。

然而随着技术进步，机器人产业分工开始走向细致化、多层次化，如今的电机、底盘、激光雷达、摄像头、机械臂等等元器件都有不同厂家专门生产。社会分工加速了机器人行业的发展。而各个部件的集成就需要一个统一的软件平台，在机器人领域，这个平台就是机器人操作系统ROS。

ROS是一个适用于机器人编程的框架，这个框架把原本松散的零部件耦合在了一起，为他们提供了通信架构。ROS虽然叫做操作系统，但并非Windows、Mac那样通常意义的操作系统，它只是连接了操作系统和你开发的ROS应用程序，所以它也算是一个中间件，基于ROS的应用程序之间建立起了沟通的桥梁，所以也是运行在Linux上的运行时环境，在这个环境上，机器人的感知、决策、控制算法可以更好的组织和运行。

以上几个关键词（框架、中间件、操作系统、运行时环境）都可以用来描述ROS的特性，作为初学者我们不必深究这些概念，随着你越来越多的使用ROS，就能够体会到它的作用。

1.4 ROS特点

ROS具有这些特点：

• 分布式 点对点

  ROS采用了分布式的框架，通过点对点的设计让机器人的进程可以分别运行，便于模块化的修改和定制，提高了系统的容错能力。

• 多种语言支持

  ROS支持多种编程语言。C++、Python已经在ROS中实现编译，是目前应用最广的ROS开发语言，Lisp、C#、Java等语言的测试库也已经实现。为了支持多语言编程，ROS采用了一种语言中立的接口定义语言来实现各模块之间消息传送。通俗的理解就是，ROS的通信格式和用哪种编程语言来写无关，它使用的是自身定义的一套通信接口。

• 开源社区

  ROS具有一个庞大的社区ROS WIKI(http://wiki.ros.org/ )，这个网站将会始终伴随着你ROS开发，无论是查阅功能包的参数、搜索问题还是。当前使用ROS开发的软件包已经达到数千万个，相关的机器人已经多达上千款。此外，ROS遵从BSD协议，对个人和商业应用及修改完全免费。这也促进了ROS的流行。

1.5 ROS优缺点

ROS为我们开发机器人带来了许多方便，然而它也确实存在一些问题：

优点	缺点
提供框架、工具和功能	通信实时性能有限
方便移植	系统稳定性尚不满足工业级要求
庞大的用户群体	安全性上没有防护措施
免费开源	仅支持Linux(Ubuntu)

总体来说，ROS更适合科研和开源用户使用，如果在工业场景应用（例如无人驾驶）还需要做优化和定制。 为了解决实际应用的问题，ROS2.0做了很大的改进，目前正在开发之中，未来表现如何值得期待。

1.6 展望

ROS的发展逐渐的趋于成熟，近年来也逐步是面对着Ubuntu的更新而更新，这说明ROS已经初步进入一种稳定的发展状态，每年进行一次更新的频率同时还保留着长期支持的版本，这使得ROS在稳步的前进发展同时，也有着开拓创新的方向。目前越来越多的机器人、无人机甚至无人车都开始采用ROS作为开发平台，尽管ROS在实用方面目前还存在一些限制，但前途非常光明。

2018年ROS2 1.0版将发布，未来ROS2将如何影响机器人领域，我们拭目以待。相信在人工智能的大发展、人机交互越来越密切、互联网+的大时代，ROS会发挥出越来越重要的作用。