《ROS机器人操作系统基础》 课件 项目二　ROS 架构的认知.pptx

任务一ROS整体架构的介绍;任务一

ROS整体架构的介绍;1.?了解ROS的架构设计

2.?掌握ROS的节点、话题、服务等相关概念

3.?掌握ROS文件系统的组成;一、ROS的架构设计

ROS的架构可以分为三个层次：操作系统层、中间层和应用层，如图所示。;28;29;30;二、ROS的相关概念

ROS的功能模块是以节点为单位单独运行的，可以分布在多个主机里，当系统运行时通过端对端的拓扑结构进行连接。ROS的相关概念如下：

1.节点（node）：节点是ROS中最小的进程单元，一个软件包中可以有多个可执行文件（可以由操作系统进行加载、执行的文件），可执行文件在运行后就成为一个进程，这个进程在ROS中称为节点。

2.消息（message）：消息是一种数据结构，支持多种数据类型（整型、浮点型、布尔型、字符串型、数组型等），同时也支持消息的嵌套定义。;32;三、ROS的文件系统

类似于操作系统，ROS将所有文件按照一定的规则进行组织，不同功能的文件被放置在不同文件夹下，工作空间（存放工程开发相关文件的文件夹）如图所示。;34;35;任务二

启动ROS第一个节点——小海龟仿真;1.?通过小海龟仿真例程，初步了解ROS基础知识

2.?了解ROS中的节点控制原理

3.?能启动小海龟仿真节点并用键盘控制小海龟的运动;一、小海龟仿真

ROS提供了一个自带的基础教学功能包，名为turtlesim（小海龟仿真），可以通过该功能包的实例完成ROS相关基础知识的学习，包括节点、话题、服务、参数设置等。各版本ROS中turtlesim的图标见下表。;39;40;二、节点控制原理

可以通过键盘来控制小海龟的运动，使用节点控制的计算图如图所示。

键盘控制节点/teleop_turtle通过话题与小海龟节点/turtlesim连接。当按下键盘的指定按键时，键盘控制节点向/turtle1/cmd_vel话题发布一个速度消息。小海龟节点获取/turtle1/cmd_vel中的速度消息进行移动。;任务三

ROS的通信机制在小海龟中的应用;1.?了解ROS的话题通信机制

2.?了解ROS的服务通信机制

3.?了解ROS的参数管理机制

4.?能使用话题通信机制和服务通信机制控制小海龟的运动并修改其参数;ROS的通信机制

ROS的通信机制是其核??，它基于分布式通信技术，ROS的所有功能和工具都构建在这种分布式通信机制的基础上。因此，ROS的通信机制可以被视为最基础、最核心的技术。ROS的通信机制主要分为三大类：话题通信机制、服务通信机制和参数管理机制。这些机制使得ROS中的节点能够相互交流和共享数据，实现高效的协作和信息传递。;1.?话题通信机制

话题通信机制是ROS中使用最为频繁的通信机制，ROS中的话题以发布/订阅的方式传输数据。一个节点可以在特定的主题上发布消息，而另一个节点可以订阅某个特定的主题类型的数据，可以同时有多个节点发布或订阅同一个主题的消息。话题通信机制为异步通信，发布者和订阅者的节点启动顺序没有强制要求。如图所示为话题通信机制的通信模型。;46;本任务将使用turtlesim功能包，启动turtlesim_node节点创建一个小海龟实例，小海龟节点相关的话题见下表。;可以通过为小海龟订阅的话题发布消息的方式来控制小海龟的运动，对应的节点计算图如图所示。;2.?服务通信机制

服务通信机制是基于C/S（客户端/服务器）模式的双向数据传输，是一种同步通信机制，它要求发送方接收到应答后才能继续进行通信。在这种通信模式中，客户端向服务器发送请求，并等待服务器的响应。基于C/S模式的双向数据传输意味着客户端和服务器之间可以进行双向的数据交互，客户端发送请求，服务器进行处理并返回相应的应答，这种通信模式常用于需要实时响应和数据交互的场景。;50;3.?参数管理机制

ROS提供了参数管理机制用于节点的配置和参数的调整。参数管理机制允许节点之间共享和修改参数值，这使得节点的行为和配置更加灵活。

在ROS中，参数值可以被存储在参数服务器上。参数服务器是一个全局的参数存储系统，允许节点读取和写入参数值。参数服务器可以在ROS网络中的任何节点上运行，节点可以连接到参数服务器以获取或设置参数值，也可以通过ROS客户端库（如rospy或roscpp）与参数服务器进行交互。;参数管理机制的优势在于它可以提供一个集中的区域来管理和共享节点的配置参数，多个节点可以共享相同的参数值，从而实现节点之间的一致性和协作。参数管理机制还使得节点的配置更加灵活，可以根据不同的运行环境或需求进行动态调整，提高了系统的可定制