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ROS簡介

發布於
作者 Eric Chen
8 分鐘閱讀

這週持續的在收集如何達到淨灘機器人的目標，發覺跟FarmBot Taiwan User Group（FBTUG）之前推動的採收機器人很相似，看來可以追尋著這些先進的道路前進，應該可以少走很多冤枉路．

在這中間一直看到ROS的名詞，看來似乎應該好好的來跟它認識認識．看了很多前輩們的文章，都還是有點模糊，只好耐著性子從頭把入門教學走一遍．在還沒開始以前，我一直想像著它真的是個OS，可能需要虛擬機或是Docker什麼的container來運作，好吧，它確實不如我想像，我誤會它了．

嚴格來說，ROS算是一個分散式的架構，大概如下圖所示：

其實我第一個想到的是Kubernates，好吧，離題了．從圖上可以看出，整個ROS的核心圍繞著Topic，一個訊息佇列(Message Queue)，當一個node觸發了某個事件，把事件資料publish到Queue中，subscriber監聽到有事件發生會進行處置，或者node也可以是一個提供服務的service，client可以呼叫service進行某些處以並取得回應．這裡面roscore維持著整個ROS的運作，包含這個Queue，另外並提供集中化的參數管理功能．

每個rosnode都是個執行單元，一個package可以包含很多個node，ROS提供打包package與部署的相關指令．

可能是還在發展中，所以很多Security的事情都沒有著墨，而且核心由Python開發，這個Queue是否撐得住數以萬計的事件湧入？目前還是支援Python 2，要換成Python 3得自己從Source Build．

才想說study完了，又瞥到有個ROS2，還出個DDS的名詞，看來得再找時間好好瞧瞧．

以下是走完ROS tutorials的心得筆記

環境準備

ROS主要支援Ubuntu、Debian及Windows 10，因為我的作業系統是MAC，為了避免產生其他的變數，使用虛擬機來安裝Ubuntu．我使用了virtualbox來建置，配置2CPU、4GB RAM、64GB的磁碟空間．

Ubuntu可以在官網下載安裝的ISO檔，將ISO附掛到虛擬機的光碟機後，開機開始安裝，選擇最小化安裝即可．

Ubuntu安裝完成後，安裝curl：

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apt install curl

接者就準備開始安裝ROS，目前有兩個Long Term Support的版本，Kinetic與Melodic，因為Kinetic明年就停止支援，依照官方建議，安裝Melodic版本．

ROS安裝

執行ROS Tutorials

Beginner的Tutorials大多照著執行就可以，也說明的很清楚，僅針對執行時有一些特別的地方做說明

第一個教學「Installing and Configuring Your ROS Environment」中，這裡要注意看：

Melodic目前還是執行Python 2，這指令執行後，會導致錯誤，之後只得重新來過．

catkin_make -DPYTHON_EXECUTABLE=/usr/bin/python3 <== 千萬別執行

2.「Navigating the ROS Filesystem]重點：

ROS提供的指令會在環境變數ROS_PACKAGE_PATH下找尋，例如roscd、rosls

  1. 「Creating a ROS Package」重點：

照著操作即可，package.xml裡面可以設定打包時期跟執行時期，package相依的其他package．

  1. 「Building a ROS Package」重點：

catkin_make要在workspace下執行，否則得指名workspace裡面/src的路徑，打包時會建立一個build的路徑，打包後的東西會在這裡面，打包完成後，執行catkin_make install會把打包好的package安裝到$ROS_PACKAGE_PATH下．

  1. 「Understanding ROS Nodes」重點：

要安裝ros-melodic-ros-tutorials套件，其他照著操作即可

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sudo apt install ros-melodic-ros-tutorials
  1. 「Understanding ROS Topics」重點：

說明Queue的運作方式跟相關指令，範例走過一次大概能知道訊息怎樣傳遞．

  1. 「Understanding ROS Services and Parameters」重點：

這邊說明ROS環境中的Service怎麼呼叫，另外就是怎麼存取Parameter Server去設定跟取得參數．

  1. 「Using rqt_console and roslaunch」重點：

調用圖性化的Console介面，roslaunch則是說明怎麼預先定義要啟動哪些package，然後使用roslaunch一次啟動．

  1. 「Using rosed to edit files in ROS」重點：

如同前面說的，ros的指令都是在ROS_PACKAGE_PATH中找尋對象，rosed就是呼叫vim來編輯檔案，可以透過改變$EDITOR變數去指定別的編輯器．

  1. 「Creating a ROS msg and srv」重點：

開始進入實作的部分，這邊說明怎麼定義訊息的型別，講解怎麼定義服務名稱與接收的參數．

  1. 「Writing a Simple Publisher and Subscriber (C++)」重點：

用範例說明用C++如何開發publisher(發送資料，例如不停地把溫度傳出)跟subscriber(監聽事件發生，當訂閱的訊息進來時，採取對應的動作)這兩種node．

  1. 「Writing a Simple Publisher and Subscriber (Python)」重點：

跟11一樣，但是說明怎麼用python開發．

  1. 「Examining the Simple Publisher and Subscriber」重點：

把剛剛做的node啟動起來看結果，沒什麼重點．

  1. 「Writing a Simple Service and Client (C++)」重點：

11、12是說明怎麼收發訊息，這邊開始說明怎麼開發被呼叫的服務，怎麼去呼叫服務．

  1. 「Writing a Simple Service and Client (Python)」重點：

跟14相同，但是是python的範例．

  1. 「Examining the Simple Service and Client」重點：

執行14、15的結果．

  1. 「Recording and playing back data」重點：

說明如何把topic收到的訊息記錄下來，然後播放（看）這些訊息．

  1. 「Getting started with roswtf」重點：

最後說明怎麼用roswtf去看ROS運行期間有出了哪些trouble．

生活點滴, ROS
本文章以 CC BY 4.0 授權