简述

       ROS为Robot Operating System（机器人操（cāo）作系统）的（de）简写，是一（yī）个面向机器人的开（kāi）源元（yuán）操作系统（open-source，meta-operating system）。它能够提供类（lèi）似传统（tǒng）操作系统的（de）诸多功能（néng），如硬件抽象、底层（céng）设备（bèi）控制、进（jìn）程间消息传递和程序包（bāo）管（guǎn）理（lǐ）等。此外，它还（hái）提（tí）供相（xiàng）关工（gōng）具和库，用于获（huò）取、编译、编辑代码以（yǐ）及（jí）在（zài）多个计算机之间（jiān）运行程序（xù）完成分（fèn）布式计算。ROS的（de）运行架构是一种使用ROS通信模块实现模块间P2P的松（sōng）耦合的网络连接（jiē）的处理架（jià）构，它执行若干种（zhǒng）类（lèi）型的通讯，包括基于服（fú）务（wù）的（de）同步RPC（远程过程调用（yòng））通讯、基于Topic的异步数据流（liú）通讯，还有参数服务（wù）器上的数据（jù）存储。

历史

       ROS起源于2007年前后（hòu）斯坦福大学（xué）人工智能实（shí）验室STAIR（Stanford Artificial Intelligence Robot）项目（mù）与Willow Garage公司的个人机器人项目（Personal Robotics project）之（zhī）间的合作。在（zài）2009年初推出（chū）了ROS0.4，现在所（suǒ）用（yòng）系统（tǒng）的框架在这个版（bǎn）本中已初具雏形。经过近一年的测（cè）试后，于2010年初推出了（le）ROS1.0版,并在当年三（sān）月份推出（chū）了正式发行版本：ROS Box Turtle，到（dào）现在（zài）（2016年（nián）5月）已经发行了10个版本，最新版本是ROS Kinetic Kame。比较有趣的是，ROS各版本均以龟作为（wéi）发行代号，至今（jīn）已设计出（chū）10种造型奇特的“ROS龟”。

  从2008年至2013年，ROS主要由Willow Garage公司管理（lǐ）维（wéi）护，但这并不意味着ROS是封闭的系统，相反（fǎn），它是（shì）由（yóu）众多学校及科研机（jī）构联（lián）合开（kāi）发（fā）及（jí）维护的，这种联合开发模式也为ROS系统生态的构建与壮大带来（lái）有力的促进。2013年，Willow Garage公（gōng）司被Suitable Technologies公司收购，此前几（jǐ）个月，ROS的开发和维护管理工作被移交给（gěi）了新成立的（de）开源基金会（huì） Open Source Robotics Foundation。

特（tè）点

       ROS的主要目标是为机器人研究和（hé）开发提供代码复用的支（zhī）持（chí）。ROS是一个分布式的进程（即（jí）“节点（diǎn）”）框架，这（zhè）些进程被封（fēng）装（zhuāng）在易于被分（fèn）享和发布的程序包（bāo）和功能包（bāo）中（zhōng）。ROS也支持一种（zhǒng）类似于代码储存库的联合（hé）系统，这个系统也可以实现工（gōng）程的协作及发（fā）布。可以使一个工程的（de）开发和实现（xiàn）从文件系统到用户接口完（wán）全独（dú）立决策（不受ROS限制）。同时（shí），所有的（de）工程（chéng）都可（kě）以被ROS的基础工具整合在一起。

ROS在某些程度上（shàng）和其他常见的机（jī）器人架构（gòu）有（yǒu）些相似之（zhī）处，如：Player、Orocos、CARMEN、Orca和Microsoft Robotics Studio。对于简单的（de）无机械手（shǒu）的移动（dòng）平台来（lái）说，Player是非（fēi）常不错的（de）选择。ROS则不（bú）同，它被（bèi）设计为适用于有机（jī）械臂（bì）和（hé）运动传（chuán）感（gǎn）器的移动（dòng）平台（倾角激光、云（yún）台、机械臂传感（gǎn）器）。与Player相比（bǐ），ROS更有利（lì）于（yú）分布式计算环境。当然，Player 提供了（le）较多的硬（yìng）件驱（qū）动程（chéng）序，ROS则在高层（céng）架构上提（tí）供了更多的算法应用（如集成OpenCV的视觉算法（fǎ））。

ROS的主要特点（diǎn）可以归纳为（wéi）以下几条：

（1）点（diǎn）对（duì）点设（shè）计

  ROS通过点对点（diǎn）设计以及服务和节（jiē）点（diǎn）管理器等机制（zhì）可以分散由于计算机视觉和语音识（shí）别等功能带来的（de）实时计算（suàn）压力，这种设计能适（shì）应服务（wù）机（jī）器人遇到的调战。

（2）不依赖编程（chéng）语（yǔ）言

       ROS支持（chí）多种现代（dài）高级（jí）编程语言，C++、Python和Lisp语言已经在ROS中实现编（biān）译，并得到应用，Octave和Java的测试库（kù）也已经实现。为了（le）支持多语言编程，ROS采用了一种语言中立（lì）的（de）接口（kǒu）定义（yì）语言（languageneutral interface definition language,IDL )来（lái）实现各模块之间的消息传送。

（3）精简与集成

       ROS建立的系（xì）统具有（yǒu）模块化的特点，各模块中的代码可以单独编译，而且编译使用的CMake工具（jù）使它很（hěn）容易的就实现精简的理念。ROS基本将（jiāng）复杂的代码封装在库（kù）里，只（zhī）是创（chuàng）建了一些小的应（yīng）用程序为（wéi）ROS显示库的功能，这就允许了对简单的代码超（chāo）越原型进行（háng）移植和（hé）重新使（shǐ）用。作为一种（zhǒng）新（xīn）加入的有优势，单元测试当代码（mǎ）在库中分（fèn）散后也变得非常的容（róng）易（yì），一个单独的测试程（chéng）序可（kě）以测试库中（zhōng）很多的特点。

ROS不修（xiū）改用户的主函数，所以代码可以被其（qí）他的机器人软件使用。其优点是ROS很容易和其他的（de）机器人（rén）软件平台集成。例如（rú），在计算机视觉方面，ROS已（yǐ）经与OpenCV实现集（jí）成。在驱动、导航和模拟（nǐ）器方面，ROS已经与（yǔ）Player系统实现集成。在规划（huá）算法方（fāng）面，ROS也（yě）已与（yǔ）OpenAVE系统实现（xiàn）集成（chéng）。

（4）便于（yú）测试（shì）

　　为机器人（rén）开发软件（jiàn）比其他（tā）软件开发更具（jù）挑战性，主要是因为调试准备时间长（zhǎng），且调试过程复（fù）杂。况且，因（yīn）为硬件维修、经（jīng）费有限等（děng）因素，不一定随时有机器人可供使（shǐ）用。ROS提供两种策略来（lái）解决上述问题。

       1.精心设（shè）计（jì）的ROS系统框架将底层硬（yìng）件（jiàn）控制（zhì）模块和顶层数据处理与决（jué）策模块分离，从而可以使用模（mó）拟器替代（dài）底层硬件模块，独（dú）立测试顶层部（bù）分，提高测试（shì）效率。

       2.ROS另外提供了一（yī）种简单的方法可以在调试（shì）过（guò）程中记（jì）录传感器数据及其他类型的（de）消息数据，并在试验后按时间戳（chuō）回放。通过这种方（fāng）式，每次运行机器人可（kě）以获得更多（duō）的测试机会。例如，可以记录传感器的数据，并通过多次（cì）回放测试（shì）不同的数据处（chù）理算法。

（5）开源

       ROS遵从BSD协议，这给了使（shǐ）用者很大的自由，使开（kāi）发者可以清楚（chǔ）的查看、自（zì）由的使用源（yuán）代（dài）码，如果有需要，可以根据不同的系统（tǒng）及硬（yìng）件环境（jìng）对源（yuán）代码进行修改，或（huò）者进行二次（cì）开发。

（6）强大的（de）库及社区：

       ROS提供了广（guǎng）泛的（de）库（kù）文件（jiàn）实（shí）现以机动性、操作控制、感知为主的机器人（rén）功能。同时由于其开源（yuán）特性，ROS的支持与（yǔ）发展依托着一个强大的（de）社（shè）区。其官方网站尤其（qí）关注兼容（róng）性和支（zhī）持文档，提（tí）供了一套“一站式”的方案（àn）使得用户得（dé）以搜索（suǒ）并学习来自全球开（kāi）发者数以千计的ROS程序包。

小结

　　随着技（jì）术的（de）发展及人们（men）需求的提高（gāo），机（jī）器人集成了越来越多的功能、传感器（qì），对（duì）用户来说这越来越方便，但对开发者来说（shuō）恰（qià）恰相反，功能（néng）的增加（jiā）带（dài）来开发与（yǔ）集成难度迅速上升，机器人操作系统的出现有效缓解了这种问题。从计算机和（hé）智能手机的发展过程来看，合适与成熟的操作（zuò）系统是智能机器人行业大规模（mó）发（fā）展和在人们的（de）生活中普及的必（bì）要条件。可以预见（jiàn），未来（lái）几年将会出现众多机器人操作系统，在经过充分（fèn）的发展竞（jìng）争后将会有为数不多的几个操作系统会发展壮大（dà）并占据绝大部分市场，就（jiù）像（xiàng）曾经的计算（suàn）机操（cāo）作（zuò）系统和现在的手机（jī）操（cāo）作（zuò）系统。

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