ROS 一：核心概念

ros提供了一种松耦合分布式通信框架。这些框架可以抽象成一个节点图。

每一个功能都可以是一个节点，比如一个图像采集功能为一个节点、图像检测又是一个节点、slam导航功能也放在一个节点。**每一个具体的功能都是一个节点。**我们用一个椭圆形代表一个节点。

每个节点通过通讯连接，互相传输数据。我们用箭头表示桐乡数据的流向。

• 由节点（椭圆形）和通讯的方向（椭圆形上的箭头）构成ros的计算图。

如下图，每一个node节点就是机器人完成某一个具体功能的进程

每一个node的编程语言可以是不一样的。比如可以使用python，c++等。只要有统一的通讯标准就可以完成整个机器人系统的搭建。

1、节点与节点管理器

• 节点（node）——执行单元

  • 是执行具体任务的进程，是独立的可执行文件。
  • 不同节点可以使用不同的编程语言（常用python或c++），可以分布式运行在不同的主机。
  • 节点在系统中的名称必须是唯一的。

• 节点管理器（ROS Master）——控制中心

  • 为各个节点提供命名、注册服务。

  • 跟踪、记录话题或者服务通信，辅助节点相互查找，建立连接，帮助各个节点之间传输数据。

    节点之间互相不知道彼此之间的存在，都需要ROS Master来帮忙建立连接。

  • 提供参数服务器，节点使用此服务器来存储、检索运行时的参数。（可以理解为全局的对象字典，会记录一些全局变量，给各个节点提供服务）

2、话题通信

以下是ros通信的两种方式：

2.1 话题（topic）——异步通信机制

• 节点之间用来传输数据的重要总线，是传输的管道。
• 使用发布/订阅模型，数据由发布者传输到订阅者，同一个话题的订阅者或发布者可以是不唯一的。
• 如下图，发布者（publisher）给订阅者（subscriber）的通讯是单向的数据传输。而通讯的通道就是话题（Topic）。

• 消息（message）——话题里头的 “数据”
  • 描述传输数据的详细定义就是消息。
  • 具有一定的类型和数据结构，包括ROS提供的标准类型和用户自定义的类型
  • 使用编程语言无关的.msg文件来定义消息，编译过程中会生成对应的代码文件。
• 区分：
  • 话题：传输数据的管道。
  • 消息：传输数据的详细定义。

eg:

在上图中，摄像头把获取到的数据给CameraNode，CameraNode把这些画面发布出去。

Image Processing Node要处理图像数据，使用需要订阅CameraNode发布的数据。

在笔记本电脑（Laptop）区，笔记本电脑想要显示图像，Image Display Node也就需要订阅这个图像数据

所以在上图模型中：

• 有一个图像数据Publisher，两个图像数据Subscriber，一个Topic（Image data Message），传输图像数据消息。

2.2 服务（service）——同步通信机制

• 使用客户端/服务器（C/S）模型，客户端发送请求数据，服务器完成处理后，返回应答数据。

  是双向的数据传输

• 使用编程语言无关的.srv文件定义请求和应答数据结构，编译过程中生成对应的代码文件。

2.3 话题与服务的区别

	话题	服务
同步性	异步	同步
通信模型	发布/订阅	客户端/服务器
底层协议	ROS TCP/ROS UDP	ROS TCP/ROS UDP
反馈机制	无	有
缓冲区	有	无
实时性	弱	强
节点关系	多对多	一对多（一个server）
适用场景	数据传输	逻辑处理

3、参数（Parameter）全局共享字典

• ROS Master里面的参数服务器。
• 可通过网络访问的共享、多变量字典，数据类型不唯一。
• 节点使用次服务器来存储&检索运行时的参数。
• 适合存储静态、非二进制的配置参数，不适合存储动态配置的数据。

eg:

如上图，Talker存入setParam了一个参数("foo",1)到ROS Master

Listener需要调用foo底下的值，就发出一个请求getParam

然后Listener就可以获得ROS Master返回的("foo",1)

• 观察可以发现，如果Listener只get一次参数，如果参数有变化的话，就没办法及时更新了，就不适合存储动态变化的数据。
• 如果需要实时更新参数，就需要用到ROS的高级功能 “动态参数配置”的功能。

4、文件系统

• 功能包（package）

  ROS软件中的基本单元，包含了节点源码、配置文件、数据定义……

  用于完成一些具体的功能，人脸识别、图像识别等等

• 功能包清单（package manifest）

  记录了功能包的基本信息，包含了作者信息、许可信息、依赖选项、变异标志……

• 元功能包（meta package）

  组织多个用于同一个目的的功能包

  比如很多个图像识别的功能包组织成一个大工程，这个大工程就是元功能包。

graph TB
A(文件系统) -->B[元功能包]
B -->C[功能包]
C -->D1[功能包清单]
C -->D2[消息类型]
C -->D3[服务类型]
C -->D4[代码]
C -->D5[其他]

参考自: 古月居ros教程