立足不同的角度,对ROS架构的描述也是不同的,一般我们可以从设计者、维护者、系统结构与自身结构4个角度来描述ROS结构:
1.设计者
ROS设计者将ROS表述为“ROS = Plumbing + Tools + Capabilities + Ecosystem”
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Plumbing: 通讯机制(实现ROS不同节点之间的交互)
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Tools :工具软件包(ROS中的开发和调试工具)
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Capabilities :机器人高层技能(ROS中某些功能的集合,比如:导航)
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Ecosystem:机器人生态系统(跨地域、跨软件与硬件的ROS联盟)
2.维护者
立足维护者的角度: ROS 架构可划分为两大部分
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main:核心部分,主要由Willow Garage 和一些开发者设计、提供以及维护。它提供了一些分布式计算的基本工具,以及整个ROS的核心部分的程序编写。
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universe:全球范围的代码,有不同国家的ROS社区组织开发和维护。一种是库的代码,如OpenCV、PCL等;库的上一层是从功能角度提供的代码,如人脸识别,他们调用下层的库;最上层的代码是应用级的代码,让机器人完成某一确定的功能。
3.系统架构
立足系统架构: ROS 可以划分为三层
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OS 层,也即经典意义的操作系统
ROS 只是元操作系统,需要依托真正意义的操作系统,目前兼容性最好的是 Linux 的 Ubuntu,Mac、Windows 也支持 ROS 的较新版本
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中间层
是 ROS 封装的关于机器人开发的中间件,比如:
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基于 TCP/UDP 继续封装的 TCPROS/UDPROS 通信系统
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用于进程间通信 Nodelet,为数据的实时性传输提供支持
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另外,还提供了大量的机器人开发实现库,如:数据类型定义、坐标变换、运动控制....
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应用层
功能包,以及功能包内的节点,比如: master、turtlesim的控制与运动节点...
4.自身结构
就 ROS 自身实现而言: 也可以划分为三层
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文件系统
ROS文件系统级指的是在硬盘上面查看的ROS源代码的组织形式
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计算图
ROS 分布式系统中不同进程需要进行数据交互,计算图可以以点对点的网络形式表现数据交互过程,计算图中的重要概念: 节点(Node)、消息(message)、通信机制主题(topic)、通信机制服务(service)
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开源社区
ROS的社区级概念是ROS网络上进行代码发布的一种表现形式
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发行版(Distribution) ROS发行版是可以独立安装、带有版本号的一系列综合功能包。ROS发行版像Linux发行版一样发挥类似的作用。这使得ROS软件安装更加容易,而且能够通过一个软件集合维持一致的版本。
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软件库(Repository) ROS依赖于共享开源代码与软件库的网站或主机服务,在这里不同的机构能够发布和分享各自的机器人软件与程序。
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ROS维基(ROS Wiki) ROS Wiki是用于记录有关ROS系统信息的主要论坛。任何人都可以注册账户、贡献自己的文件、提供更正或更新、编写教程以及其他行为。网址是http://wiki.ros.org/。
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Bug提交系统(Bug Ticket System)如果你发现问题或者想提出一个新功能,ROS提供这个资源去做这些。
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邮件列表(Mailing list) ROS用户邮件列表是关于ROS的主要交流渠道,能够像论坛一样交流从ROS软件更新到ROS软件使用中的各种疑问或信息。网址是http://lists.ros.org/。
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ROS问答(ROS Answer)用户可以使用这个资源去提问题。网址是https://answers.ros.org/questions/。
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博客(Blog)你可以看到定期更新、照片和新闻。网址是https://www.ros.org/news/,不过博客系统已经退休,ROS社区取而代之,网址是https://discourse.ros.org/。
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现在处于学习的初级阶段,只是运行了ROS的内置案例,编写了简单的ROS实现,因此,受限于当前进度,不会详细介绍所有设计架构中的所有模块,当前只介绍文件系统与计算图,下一章会介绍 ROS 的通信机制,这也是ROS的核心实现之一。
1 ROS文件系统
ROS文件系统级指的是在硬盘上ROS源代码的组织形式,其结构大致可以如下图所示:
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31WorkSpace --- 自定义的工作空间 |--- build:编译空间,用于存放CMake和catkin的缓存信息、配置信息和其他中间文件。 |--- devel:开发空间,用于存放编译后生成的目标文件,包括头文件、动态&静态链接库、可执行文件等。 |--- src: 源码 |-- package:功能包(ROS基本单元)包含多个节点、库与配置文件,包名所有字母小写,只能由字母、数字与下划线组成 |-- CMakeLists.txt 配置编译规则,比如源文件、依赖项、目标文件 |-- package.xml 包信息,比如:包名、版本、作者、依赖项...(以前版本是 manifest.xml) |-- scripts 存储python文件 |-- src 存储C++源文件 |-- include 头文件 |-- msg 消息通信格式文件 |-- srv 服务通信格式文件 |-- action 动作格式文件 |-- launch 可一次性运行多个节点 |-- config 配置信息 |-- CMakeLists.txt: 编译的基本配置
ROS 文件系统中部分目录和文件前面编程中已经有所涉及,比如功能包的创建、src目录下cpp文件的编写、scripts目录下python文件的编写、launch目录下launch文件的编写,并且也配置了 package.xml 与 CMakeLists.txt 文件。其他目录下的内容后面教程将会再行介绍,当前我们主要介绍: package.xml 与 CMakeLists.txt 这两个配置文件。
1.package.xml
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82<?xml version="1.0"?> <!-- 格式: 以前是 1,推荐使用格式 2 --> <package format="2"> <!-- 包名 --> <name>demo01_hello_vscode</name> <!-- 版本 --> <version>0.0.0</version> <!-- 描述信息 --> <description>The demo01_hello_vscode package</description> <!-- One maintainer tag required, multiple allowed, one person per tag --> <!-- Example: --> <!-- <maintainer email="jane.doe@example.com">Jane Doe</maintainer> --> <!-- 维护人员 --> <maintainer email="winter@todo.todo">winter</maintainer> <!-- One license tag required, multiple allowed, one license per tag --> <!-- Commonly used license strings: --> <!-- BSD, MIT, Boost Software License, GPLv2, GPLv3, LGPLv2.1, LGPLv3 --> <!-- 许可证信息,ROS核心组件默认 BSD --> <license>TODO</license> <!-- Url tags are optional, but multiple are allowed, one per tag --> <!-- Optional attribute type can be: website, bugtracker, or repository --> <!-- Example: --> <!-- <url type="website">http://wiki.ros.org/demo01_hello_vscode</url> --> <!-- Author tags are optional, multiple are allowed, one per tag --> <!-- Authors do not have to be maintainers, but could be --> <!-- Example: --> <!-- <author email="jane.doe@example.com">Jane Doe</author> --> <!-- The *depend tags are used to specify dependencies --> <!-- Dependencies can be catkin packages or system dependencies --> <!-- Examples: --> <!-- Use depend as a shortcut for packages that are both build and exec dependencies --> <!-- <depend>roscpp</depend> --> <!-- Note that this is equivalent to the following: --> <!-- <build_depend>roscpp</build_depend> --> <!-- <exec_depend>roscpp</exec_depend> --> <!-- Use build_depend for packages you need at compile time: --> <!-- <build_depend>message_generation</build_depend> --> <!-- Use build_export_depend for packages you need in order to build against this package: --> <!-- <build_export_depend>message_generation</build_export_depend> --> <!-- Use buildtool_depend for build tool packages: --> <!-- <buildtool_depend>catkin</buildtool_depend> --> <!-- Use exec_depend for packages you need at runtime: --> <!-- <exec_depend>message_runtime</exec_depend> --> <!-- Use test_depend for packages you need only for testing: --> <!-- <test_depend>gtest</test_depend> --> <!-- Use doc_depend for packages you need only for building documentation: --> <!-- <doc_depend>doxygen</doc_depend> --> <!-- 依赖的构建工具,这是必须的 --> <buildtool_depend>catkin</buildtool_depend> <!-- 指定构建此软件包所需的软件包 --> <build_depend>roscpp</build_depend> <build_depend>rospy</build_depend> <build_depend>std_msgs</build_depend> <!-- 指定根据这个包构建库所需要的包 --> <build_export_depend>roscpp</build_export_depend> <build_export_depend>rospy</build_export_depend> <build_export_depend>std_msgs</build_export_depend> <!-- 运行该程序包中的代码所需的程序包 --> <exec_depend>roscpp</exec_depend> <exec_depend>rospy</exec_depend> <exec_depend>std_msgs</exec_depend> <!-- The export tag contains other, unspecified, tags --> <export> <!-- Other tools can request additional information be placed here --> </export> </package>
2.CMakelists.txt
文件CMakeLists.txt是CMake构建系统的输入,用于构建软件包。任何兼容CMake的软件包都包含一个或多个CMakeLists.txt文件,这些文件描述了如何构建代码以及将代码安装到何处。
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223cmake_minimum_required(VERSION 3.0.2) #所需 cmake 版本 project(demo01_hello_vscode) #包名称,会被 ${PROJECT_NAME} 的方式调用 ## Compile as C++11, supported in ROS Kinetic and newer # add_compile_options(-std=c++11) ## Find catkin macros and libraries ## if COMPONENTS list like find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS xyz) ## is used, also find other catkin packages #设置构建所需要的软件包 find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS roscpp rospy std_msgs ) ## System dependencies are found with CMake's conventions #默认添加系统依赖 # find_package(Boost REQUIRED COMPONENTS system) ## Uncomment this if the package has a setup.py. This macro ensures ## modules and global scripts declared therein get installed ## See http://ros.org/doc/api/catkin/html/user_guide/setup_dot_py.html # 启动 python 模块支持 # catkin_python_setup() ################################################ ## Declare ROS messages, services and actions ## ## 声明 ROS 消息、服务、动作... ## ################################################ ## To declare and build messages, services or actions from within this ## package, follow these steps: ## * Let MSG_DEP_SET be the set of packages whose message types you use in ## your messages/services/actions (e.g. std_msgs, actionlib_msgs, ...). ## * In the file package.xml: ## * add a build_depend tag for "message_generation" ## * add a build_depend and a exec_depend tag for each package in MSG_DEP_SET ## * If MSG_DEP_SET isn't empty the following dependency has been pulled in ## but can be declared for certainty nonetheless: ## * add a exec_depend tag for "message_runtime" ## * In this file (CMakeLists.txt): ## * add "message_generation" and every package in MSG_DEP_SET to ## find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS ...) ## * add "message_runtime" and every package in MSG_DEP_SET to ## catkin_package(CATKIN_DEPENDS ...) ## * uncomment the add_*_files sections below as needed ## and list every .msg/.srv/.action file to be processed ## * uncomment the generate_messages entry below ## * add every package in MSG_DEP_SET to generate_messages(DEPENDENCIES ...) ## Generate messages in the 'msg' folder # add_message_files( # FILES # Message1.msg # Message2.msg # ) ## Generate services in the 'srv' folder # add_service_files( # FILES # Service1.srv # Service2.srv # ) ## Generate actions in the 'action' folder # add_action_files( # FILES # Action1.action # Action2.action # ) ## Generate added messages and services with any dependencies listed here # 生成消息、服务时的依赖包 # generate_messages( # DEPENDENCIES # std_msgs # ) ################################################ ## Declare ROS dynamic reconfigure parameters ## ## 声明 ROS 动态参数配置 ## ################################################ ## To declare and build dynamic reconfigure parameters within this ## package, follow these steps: ## * In the file package.xml: ## * add a build_depend and a exec_depend tag for "dynamic_reconfigure" ## * In this file (CMakeLists.txt): ## * add "dynamic_reconfigure" to ## find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS ...) ## * uncomment the "generate_dynamic_reconfigure_options" section below ## and list every .cfg file to be processed ## Generate dynamic reconfigure parameters in the 'cfg' folder # generate_dynamic_reconfigure_options( # cfg/DynReconf1.cfg # cfg/DynReconf2.cfg # ) ################################### ## catkin specific configuration ## ## catkin 特定配置## ################################### ## The catkin_package macro generates cmake config files for your package ## Declare things to be passed to dependent projects ## INCLUDE_DIRS: uncomment this if your package contains header files ## LIBRARIES: libraries you create in this project that dependent projects also need ## CATKIN_DEPENDS: catkin_packages dependent projects also need ## DEPENDS: system dependencies of this project that dependent projects also need # 运行时依赖 catkin_package( # INCLUDE_DIRS include # LIBRARIES demo01_hello_vscode # CATKIN_DEPENDS roscpp rospy std_msgs # DEPENDS system_lib ) ########### ## Build ## ########### ## Specify additional locations of header files ## Your package locations should be listed before other locations # 添加头文件路径,当前程序包的头文件路径位于其他文件路径之前 include_directories( # include ${catkin_INCLUDE_DIRS} ) ## Declare a C++ library # 声明 C++ 库 # add_library(${PROJECT_NAME} # src/${PROJECT_NAME}/demo01_hello_vscode.cpp # ) ## Add cmake target dependencies of the library ## as an example, code may need to be generated before libraries ## either from message generation or dynamic reconfigure # 添加库的 cmake 目标依赖 # add_dependencies(${PROJECT_NAME} ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS} ${catkin_EXPORTED_TARGETS}) ## Declare a C++ executable ## With catkin_make all packages are built within a single CMake context ## The recommended prefix ensures that target names across packages don't collide # 声明 C++ 可执行文件 add_executable(Hello_VSCode src/Hello_VSCode.cpp) ## Rename C++ executable without prefix ## The above recommended prefix causes long target names, the following renames the ## target back to the shorter version for ease of user use ## e.g. "rosrun someones_pkg node" instead of "rosrun someones_pkg someones_pkg_node" #重命名c++可执行文件 # set_target_properties(${PROJECT_NAME}_node PROPERTIES OUTPUT_NAME node PREFIX "") ## Add cmake target dependencies of the executable ## same as for the library above #添加可执行文件的 cmake 目标依赖 add_dependencies(Hello_VSCode ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS} ${catkin_EXPORTED_TARGETS}) ## Specify libraries to link a library or executable target against #指定库、可执行文件的链接库 target_link_libraries(Hello_VSCode ${catkin_LIBRARIES} ) ############# ## Install ## ## 安装 ## ############# # all install targets should use catkin DESTINATION variables # See http://ros.org/doc/api/catkin/html/adv_user_guide/variables.html ## Mark executable scripts (Python etc.) for installation ## in contrast to setup.py, you can choose the destination #设置用于安装的可执行脚本 catkin_install_python(PROGRAMS scripts/Hi.py DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION} ) ## Mark executables for installation ## See http://docs.ros.org/melodic/api/catkin/html/howto/format1/building_executables.html # install(TARGETS ${PROJECT_NAME}_node # RUNTIME DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION} # ) ## Mark libraries for installation ## See http://docs.ros.org/melodic/api/catkin/html/howto/format1/building_libraries.html # install(TARGETS ${PROJECT_NAME} # ARCHIVE DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_LIB_DESTINATION} # LIBRARY DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_LIB_DESTINATION} # RUNTIME DESTINATION ${CATKIN_GLOBAL_BIN_DESTINATION} # ) ## Mark cpp header files for installation # install(DIRECTORY include/${PROJECT_NAME}/ # DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_INCLUDE_DESTINATION} # FILES_MATCHING PATTERN "*.h" # PATTERN ".svn" EXCLUDE # ) ## Mark other files for installation (e.g. launch and bag files, etc.) # install(FILES # # myfile1 # # myfile2 # DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_SHARE_DESTINATION} # ) ############# ## Testing ## ############# ## Add gtest based cpp test target and link libraries # catkin_add_gtest(${PROJECT_NAME}-test test/test_demo01_hello_vscode.cpp) # if(TARGET ${PROJECT_NAME}-test) # target_link_libraries(${PROJECT_NAME}-test ${PROJECT_NAME}) # endif() ## Add folders to be run by python nosetests # catkin_add_nosetests(test)
2 ROS文件系统相关命令
ROS 的文件系统本质上都还是操作系统文件,我们可以使用Linux命令来操作这些文件,不过,在ROS中为了更好的用户体验,ROS专门提供了一些类似于Linux的命令,这些命令较之于Linux原生命令,更为简介、高效。文件操作,无外乎就是增删改查与执行等操作,接下来,我们就从这五个维度,来介绍ROS文件系统的一些常用命令。
1.增
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2catkin_create_pkg 自定义包名 依赖包 === 创建新的ROS功能包 sudo apt install xxx === 安装 ROS功能包
2.删
1sudo apt purge xxx ==== 删除某个功能包
3.查
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9rospack list === 列出所有功能包 rospack find 包名 === 查找某个功能包是否存在,如果存在返回安装路径 roscd 包名 === 进入某个功能包 rosls 包名 === 列出某个包下的文件 apt search xxx === 搜索某个功能包
4.改
rosed 包名 文件名 === 修改功能包文件
需要安装 vim
1rosed turtlesim Color.msg
5.执行
5.1roscore
roscore === 是 ROS 的系统先决条件节点和程序的集合, 必须运行 roscore 才能使 ROS 节点进行通信。
roscore 将启动:
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ros master
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ros 参数服务器
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rosout 日志节点
用法:
1roscore
或(指定端口号)
1roscore -p xxxx
5.2rosrun
rosrun 包名 可执行文件名 === 运行指定的ROS节点
比如:
1rosrun turtlesim turtlesim_node
5.3roslaunch
1roslaunch 包名 launch文件名 === 执行某个包下的 launch 文件
3 ROS计算图
1.计算图简介
前面介绍的是ROS文件结构,是磁盘上 ROS 程序的存储结构,是静态的,而 ros 程序运行之后,不同的节点之间是错综复杂的,ROS 中提供了一个实用的工具:rqt_graph。
rqt_graph能够创建一个显示当前系统运行情况的动态图形。ROS 分布式系统中不同进程需要进行数据交互,计算图可以以点对点的网络形式表现数据交互过程。rqt_graph是rqt程序包中的一部分。
2.计算图安装
如果前期把所有的功能包(package)都已经安装完成,则直接在终端窗口中输入
1rosrun rqt_graph rqt_graph
如果未安装则在终端(terminal)中输入
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2sudo apt install ros-<distro>-rqt sudo apt install ros-<distro>-rqt-common-plugins
请使用你的ROS版本名称(比如:kinetic、melodic、Noetic等)来替换掉<distro>。
例如当前版本是 Noetic,就在终端窗口中输入
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2sudo apt install ros-noetic-rqt sudo apt install ros-noetic-rqt-common-plugins
3.计算图演示
接下来以 ROS 内置的小乌龟案例来演示计算图
首先,按照前面所示,运行案例
然后,启动新终端,键入: rqt_graph 或 rosrun rqt_graph rqt_graph,可以看到类似下图的网络拓扑图,该图可以显示不同节点之间的关系。
最后
以上就是鲤鱼早晨最近收集整理的关于【ros】ROS架构的全部内容,更多相关【ros】ROS架构内容请搜索靠谱客的其他文章。
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