ROS简介

1、ROS：适用于机器人编程的框架，连接操作系统和ROS应用程序的中间件，是运行在Linux上的运行时环境。
2、ROS特点：
1）分布式点对点：分布式的框架，通过点对点的设计让机器人的进程可以分别运行，便于模块化的修改和定制，提高了系统的容错能力。
2）多种语言支持：C++、Python等，ROS采用了一种语言中立的接口定义语言来实现各模块之间消息传递。
3）开源 区
3、ROS优缺点

ROS是一个适用于机器人编程的框架，这个框架把原本松散的零部件耦合在了一起，为他们提供了通信架构。ROS虽然叫做操作系统，但并非WindowsMac那样通常意义的操作系统，它只是连接了操作系统和你开发的ROS应用程序，所以它也算是一个中间件。基于ROS的应用程序之间建立起了沟通的桥梁，所以也是运行在LINUX上的运行时环境，在这个环境上，机器人的感知、决策、控制算法可以更好的组织和运行。

ROS安装选择
kinetic ubuntu16.04
Melodic ubuntu18.04
Noetic ubuntu20.04

ROS的全称就是：Robot Operating System

ROS的特点：1)开源 2）分布式架构 3)模块化

ROS系统不具有强实时性，它不是一个RTOS, 因此ROS不适合去做对实时性有严格要求的任务。

ROS文件系统

1、Catkin编译系统

gcc、g++,随着源文件的增加，直接用gcc/g++命令方式显得效率低下，人们开始用Makefile来进行编译。
然而随着工程体量的增大，Makefile也不能满足需求，于是便出现了CMake，CMake是对make工具的生成器，是更高层的工具，它简化了编译构建过程，能够管理大型项目，具有良好的扩展性。

对ROS平台来说，就采用的是CMake，并且ROS对CMake进行了扩展，于是便有了Catkin编译系统

主题

服务

参数服务器

参数服务器特殊的“通信方式”，特殊点在于参数服务器是节点存储的地方、用于配置参数，全局共享参数。

Actionlib

Actionlib是ROS中一个很重要的库，类似service通信机制，actionlib也是一种请求响应机制的通信方式，actionlib主要弥补了service通信的一个不足，就是当机器人执行了一个长时间的任务时，假如利用service通信完成，那么publisher会很长时间接受不到反馈reply，致使通信受阻。当service通信不能很好的完成任务时候，actionlib则可以比较适合实现长时间的通信过程，actionlib通信过程可以随时被查看过程进度，也可以终止请求。

我们可以看到，客户端会向服务器发送目标指令 和 取消动作指令，而服务器则可以给客户端发送实时的状态信息，结果信息，反馈信息等等，从而完成了service没法做到的部分。

Action规范：
a) 目标 机器人执行一个动作，应有明确的移动目标信息，包括一些参数的设定，方向，角度，速度等等。从而使机器人完成动作任务。
b) 反馈 动作执行过程中，应该有实时的状态信息反馈给服务器的实施者，告诉实施者动作完成的状态，可以使实施者做出准确的判断去修正指令
c) 结果 当运动完成时，动作服务器把本次运动的结果数据发送给客户端，使客户端得到本次动作的全部信息，例如可能包含机器人的运动时长，最终姿势等等。

机器人的坐标变换一直以来是机器人学的一个难点
首先是坐标转换的前提数学知识：三维空间刚体运动，包括旋转矩阵、欧拉角、四元数等。

旋转矩阵：一个欧式变换可以由旋转 和 平移两个部分组成。

欧拉角 例如：先绕x轴旋转，再绕y轴旋转，最后绕z轴旋转。

航偏-俯仰-翻滚（yaw-pitch-roll）

可以简单记忆

rpy-xyz

”**

四元数

旋转矩阵用9个量来描述3自由度的旋转，具有冗余性。
欧拉角虽然用3个量来描述3自由度的旋转，但是具有万向锁的问题，因此我们选择用四元数，ROS当中描述转向的都是采用的四元数。

机器人研究的问题包含许许多多的领域，我们常见的几个研究的问题包括：建图（Mapping）、定位（Localization）和 路径规划（Path Planning）。

Navigation是机器人最基本的功能之一，ROS为我们提供了一整套Navigation的解决方案，包括全局与局部的路径规划、代价地图、异常行为恢复、地图服务器等等。

Navigation Stack是一个ROS的metapackage，里面包含了ROS在路径规划、定位、地图、异常行为恢复等方面的package，其中运行的算法都堪称经典。