2024年6月7日发(作者：)

机器人操作系统ROS的入门教程与开发

实践

机器人操作系统(ROS)是一个开源的机器人软件平台，旨在为机器

人开发提供通用的软件框架，以提高开发效率和可复用性。本文将介

绍ROS的入门教程，并提供一些开发实践的示例。

一、什么是ROS

ROS是机器人操作系统的缩写，它并不是一个操作系统，而是一个

软件平台，用于开发和管理机器人软件。ROS提供了一系列的库、工

具和约定，使得开发者能够更加方便地编写机器人控制软件。

ROS具有以下特点：

1. 基于发布-订阅模型：ROS使用消息传递机制来实现不同节点之

间的通信。一个节点可以发布消息到一个主题，而其他节点可以订阅

这个主题来获取消息。

2. 多语言支持：ROS支持多种编程语言，包括C++、Python等，使

得开发者能够使用自己熟悉的语言进行开发。

3. 软件包管理：ROS使用软件包来组织和管理代码。开发者可以轻

松地安装、发布和共享自己的软件包。

4. 调试和可视化工具：ROS提供了一些调试和可视化工具，用于监

视和分析机器人的运行状态。

二、安装与配置ROS

在开始使用ROS之前，您需要先安装ROS并进行基本的配置。以

下是安装和配置ROS的基本步骤：

1. 安装ROS发行版：根据您的操作系统版本，选择并安装适当的

ROS发行版。目前ROS最新的发行版是ROS Melodic，在Ubuntu

18.04 LTS上受到广泛支持。

2. 初始化ROS工作空间：在安装完ROS后，您需要创建一个工作

空间来存放您自己的ROS软件包。首先，创建一个目录用于存放工作

空间，并初始化工作空间：

```

$ mkdir -p ~/catkin_ws/src

$ cd ~/catkin_ws/

$ catkin_make

$ source devel/

```

3. 设置环境变量：为了能够在终端中访问ROS命令，您需要将

ROS的环境变量添加到.bashrc文件中：

```

$ echo "source /opt/ros/melodic/" >> ~/.bashrc

$ source ~/.bashrc

```

三、ROS的基本概念

在开始开发机器人应用程序之前，您需要了解一些ROS的基本概

念和术语。以下是一些常用的概念：

1. 节点(Node)：节点是ROS中最基本的执行单元，它可以是一个独

立的进程。每个节点可以执行特定的任务，并与其他节点进行通信。

2. 主题(Topic)：主题是节点之间进行消息传递的渠道。一个节点可

以发布消息到一个主题，而其他节点可以订阅这个主题来获取消息。

3. 消息(Message)：消息是ROS中用于在节点之间传递数据的基本

单元。每个消息类型都有特定的结构，您可以根据需要定义自己的消

息类型。

4. 服务(Service)：服务是一种节点之间进行请求和响应的机制。一

个节点可以提供一个服务，而其他节点可以请求这个服务并获得响应。

四、ROS的开发实践

在学习了ROS的基本概念后，您可以开始进行ROS的开发实践。

以下是一些实际开发中常用的实践示例：

1. 发布和订阅消息：您可以创建一个发布者节点和一个订阅者节点，

通过主题来进行消息的发布和订阅。发布者节点可以定期发布消息到

主题，而订阅者节点可以订阅主题来获取消息并进行处理。

2. 编写消息服务：您可以创建一个包含服务定义的消息文件，并编

写相应的服务处理代码。一个节点可以提供一个服务，而其他节点可

以请求这个服务并获得响应。

3. 使用ROS工具：ROS提供了一些实用的工具，用于调试和可视

化机器人的运行状态。您可以使用rviz工具来可视化机器人的模型和

传感器数据，使用rqt工具来监视和分析机器人的运行状态。

4. 使用现有的ROS软件包：ROS社区已经开发了许多功能强大的

ROS软件包，可用于快速开发机器人应用程序。您可以根据自己的需

求选择合适的软件包，并根据需要进行定制和扩展。

五、总结

本文介绍了机器人操作系统(ROS)的入门教程与开发实践。通过学

习ROS的基本概念和安装配置，您可以开始开发机器人应用程序。在

实际开发中，您可以使用ROS的发布-订阅模型进行消息传递，编写消

息服务以实现节点之间的请求和响应，使用ROS工具进行调试和可视

化，以及利用现有的ROS软件包加快开发进程。希望本文对您入门

ROS开发有所帮助。