关于 ROS

ROS（Robot Operating System，机器人操作系统）是一个开源生态系统，为构建、部署、运行和维护机器人应用提供框架、工具和库。本文将介绍该生态系统的主要组成部分，并概述它们的用途。

领域：ROS 框架、ROS 工具、ROS 能力 | 内容类型：简介 | 经验要求：初学者

概述

ROS 在机器人学的许多领域都有应用。在物流领域，ROS 提供导航、地图构建、运动控制以及多机器人协调等能力，帮助机器人在仓库中搬运货物。在制造领域，它结合视觉系统，支持自动拾取与放置等需要高精度的任务。在医疗领域，ROS 驱动的机器人系统可以辅助患者护理，并提升临床工作流程的效率。

观看 ROS 介绍视频，可以快速了解 ROS 的全貌。

生态系统

虽然名字里有”操作系统”，但 ROS 并不是传统意义上的操作系统，而是一套工具和库，帮助开发者使用不同的编程语言、在不同的平台上开发机器人。

ROS 生态系统动画高层概览图

框架

ROS 框架负责机器人各部分之间及其内部组件之间的通信，是整个系统的”管道”（plumbing）。它包括消息传递、标准接口，以及对多种编程语言和平台的支持。

例如，框架负责将数据从相机发送到处理节点（node），或将命令从规划系统传递给电机控制器。它还提供了跨系统共享软件的结构，让开发者能够构建模块化且可复用的解决方案。

ROS 由以下基本组件组成：

节点（Nodes）
接口（Interfaces：话题 topic、服务 service 和动作 action）
参数（Parameters）
客户端库（Client libraries）

工具

ROS 中的工具帮助开发者构建、测试和监控系统。这些工具本身并不提供机器人行为，但能让开发过程更加高效。

例如，可视化工具可以在测试时以 3D 方式显示机器人的传感器、位置和环境，这在无人机或移动机器人项目中非常常见。借助启动工具（launch tools），开发者可以在实际部署之前，定义并验证机器人的启动方式和运行管理策略。数据录制与回放工具则允许你记录机器人的行为以供日后分析，这在调试机器人为何出现异常行为时特别有用。

ROS 提供的核心工具集使你能够处理开发工作流程中的以下环节：

内省（Introspection）
分析（Analysis）
节点管理（Node management）
调试（Debugging）
构建（Builds）
可视化（Visualization）
包文档（Package documentation）

能力

ROS 中的能力（Capabilities）是即用型软件包，提供机器人的常用功能，例如操作（manipulation）、运动规划（motion planning）和感知（perception）。这些软件包让开发者无需从零开始即可添加高级行为。

例如，操作（Manipulation）包可以控制机械臂，在自动化工作流中执行拾取和放置等任务。运动规划（Motion Planning）包通过在机器人所处的环境中计算安全路径，帮助机器人从一点移动到另一点。感知（Perception）包则使机器人能够检测和识别物体或人，支持取回物体等任务，也可以应用于需要根据视觉信息做出响应的场景。同一能力往往有多种实现可供选择，开发者可以在不同实现之间切换和实验，找到最适合自己需求的方案。

注意：除了由 Open Robotics 维护的包之外，你还可以选择由 ROS 社区贡献的众多包。

ROS 开箱即用或通过支持的第三方解决方案提供以下核心能力：

仿真（Simulation）
运动规划（Motion planning）
导航（Navigation）
操作（Manipulation）
感知（Perception）

社区

ROS 社区是由开发者、研究人员、公司和贡献者组成的全球网络，他们共同推动开源软件库的发展和完善。任何人都可以为框架、工具和能力做出贡献。正是有了社区，共享代码、交流想法和协作开发项目才变得如此便捷。

集成

ROS 与其他 Open Robotics 平台协同工作，让开发和部署更加便捷。

Gazebo：提供基于物理的仿真环境，开发者可以在使用真实硬件之前先在虚拟环境中测试机器人。
Open-RMF（Robotics Middleware Framework，机器人中间件框架）：帮助不同的机器人协同工作，并与电梯和门等建筑系统进行交互。
ros-controls：使用 ROS 实现机器人的实时控制。

借助这些集成，无论团队预算多少、规模大小，设计、测试和管理复杂环境中的机器人都变得更加容易。

ROS 发行版

ROS 发行版（distribution）是按照固定周期发布的一组打包的 ROS 软件。每个发行版提供核心库和工具的稳定版本，以及大量社区包。这使得开发者更容易在统一的代码库上工作，并保持项目的兼容性。

ROS 有两个主要版本：

ROS 1：原始框架。
ROS 2：当前正在积极开发的版本。

ROS 1 的开发已经终止，不再计划发布新版本；而 ROS 2 则在持续开发中，每年发布新的发行版。新发行版包含各种更新和改进，开发者可以根据自身需求在稳定性和最新功能之间做出选择。

支持的系统

ROS 可以在 Ubuntu、Windows 和 macOS 上运行，但我们强烈建议你在 ROS 发行版的 Tier 1 平台上运行 ROS。 macOS 上的 ROS 由社区支持，我们不推荐新用户使用。

Ubuntu 的支持取决于 ROS 发行版，每个发行版都需要特定版本的 Ubuntu LTS（长期支持版）。其他平台可能需要从源代码构建或使用容器。

有关当前支持的平台和支持等级的完整详细信息，请参阅相关发布说明。