在機器人控制中ROS系統的作用及其應用探討

王櫻璇 范慧龍 姜博今 王旭 伊磊業

關鍵詞：機器人;ROS操作系統;自動化;作用及應用

1. ROS在機器人控制系統中的應用

1.1 ROS的應用

ROS系統是一個可以通過計算機操控機器人的開源系統。在過去幾年的時間里，該操作系統已經在機器人控制系統領域逐漸的進行了普及，并漸漸成為機器人操作系統的主流。現階段ROS系統被廣泛應用于機械臂、無人機、移動服務機器人等機器人領域，并愈發成熟。ROS系統使機器人操作更加細化，簡化了冗長的數據處理過程，并且可以實現對問題進行及時處理，提高了機器人設備運行的穩定性。

1.2 ROS系統操作靈活

ROS系統通常由大量節點控制操作，其中每一個節點均可通過發布與訂閱的方式與其他節點進行連接通信，方便操作者快速構建出計算系統并進行操作。此外，ROS系統為機器人的控制提供了：硬件抽象、底層設備控制、共用功能的執行、進程間消息傳遞以及包管理，并為代碼復用提供了幫助，避免了繁瑣工作時間的浪費，極大地提高了工作效率，提高了企業生產率，為企業的發展提供良好的競爭力。

2.ROS的基本概念

2.1 ROS系統的介紹

ROS系統作為新興操作系統，它是一個集成了開發庫和開發工具并適用于機器人軟件開發的框架。ROS系統支持多種語言編程，可以實現點對點調試，同時還具備快速計算等編程優點。

2.2 ROS系統的組成

ROS系統由三個層級組成——文件級，計算圖級、社區級三部分。

文件級表示ROS的文件（即ROS源代碼），主要為計算機硬盤上看到的ROS目錄和文件。在該層級，我們可以組織編寫ROS源代碼。它主要包括功能包集、Packages、package.xml、CMakeLists.txt等。

計算圖級描述了ROS系統進行通信和計算的過程。ROS中的計算和通訊是通過節點網絡將參數提供給圖層進行相應的計算完成的。計算圖級主要內容包括：Master、ROS節點（Node）、Service、Bags、Parameter server、Topics、Message等。

社區級是指ROS開源社區通過網絡社區對ROS資源的獲取和分享。這也使得ROS系統快速普及與發展。

3.ROS系統在機器人領域中的具體應用方式

3.1 ROS節點通信

ROS系統含有一個超級管理員（ROS Master），系統中的所有節點均被ROS Master控制，節點中的相互通信也由ROS Master控制。ROS系統中的各個節點之間通過發布與訂閱的方式進行相互通信。當ROS運行時，每一個節點均可訪問網絡并進行通信，并可以通過此方式獲取其他節點所發布的信息，同時也將該節點的自身數據發布到該網絡上。

例如，在ROS Master管理下，當一個節點（Node）發出一個Topic并發送所需信息，與之相關的節點對其Topic訂閱。當某節點在某一時刻需要一個請求時，Node提出一種Service，并發送到ROS Master，并由Master建立與之相關的節點之間的聯系通道。

3.2 ROS系統控制

ROS系統可以涉及算法、仿真等多個方面，能夠將機器人編程和仿真技術結合起來，并且可以用ROS系統與傳感器所讀取的數據和相應的濾波算法相結合。此外，ROS系統支持人機智能交互技術，提供關于機器人運動、機器視覺等方面的研習，并支持圖像識別、語音識別、手勢交互等功能。

ROS編程人員應該在調試程序的過程中及時對機器人進行調試和維護，特別注意對機械關節在不同自由度的移動和機械裝置所需要完成的控制形式進行測試和調節，避免使用過程出現問題，預防危險性的增加，防止影響最終的工作效率。

4.總結

ROS系統搭建機器人程序框架的功能，在目前來看依然具有較為廣泛的推廣空間。同時ROS系統可以實現點對點調試，工作人員在日常操作使用過程中可以對所發現的問題進行及時處理，最大程度地保證機器人運行的穩定性，為全面實現智能化制造生產帶來合理的解決方法，促進了機器人相關領域的快速發展和進步。

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作者簡介：

王櫻璇（2001—），女，漢族，遼寧鞍山人，沈陽航空航天大學本科在讀。