ROS 2机器人开发入门：从ROS到ROS 2的核心演变

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@小白创作中心

ROS 2机器人开发入门：从ROS到ROS 2的核心演变

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CSDN

https://blog.csdn.net/m0_70020530/article/details/145621917

机器人操作系统（ROS）早已成为开发者与物理世界对话的桥梁，而ROS2以其更强的实时性、安全保密性、跨平台特性和去中心化架构，正在重新定义机器人开发的边界。本文将带你从零开始，全面了解ROS 2的核心概念、架构设计以及与ROS 1的主要区别，帮助你快速掌握ROS 2机器人开发的基础知识。

前言

机器人操作系统（ROS）早已成为开发者与物理世界对话的桥梁，而ROS2以其更强的实时性、安全保密性、跨平台特性和去中心化架构，正在重新定义机器人开发的边界。本系列笔记旨在记录学习ROS 2的过程，读者可借鉴参考，有误请指正。当你的第一个机器人突然开始“薛定谔式运动”时，那不是故障，而是再用独特的方式与你say hello。

一、ROS 简单介绍

【Robot Operating System】：本身并不是操作系统，而是可以安装在现有（Linux、Windows、Mac）上的软件库和工具集。

1.ROS设计目的

简化在各种机器人平台上创建复杂而强大的机器人行为任务。例如轮式移动机器人，它的行为架构就可依据ROS来分为感知+决策+控制三大板块，从而使得机器人行为变得更加清晰明了。不同的板块采用不同技术原理，大大简化复杂的行为任务。依此假设而言，就可假定设计如下：

感知：激光雷达、深度相机、IMU、里程计、碰撞感知

决策：建图、路径规划算法、定位算法

控制：轮子驱动

2. ROS架构

ROS为简化机器人开发，设计了一整套通信机制（话题、服务、参数、动作），实现了将各个组件连接起来。 ROS Master：主节点，若主节点挂掉，会造成整个系统通信异常。

3.ROS存在的问题

不稳定
通信基于TCP实现，实时性差、系统开销大
对Python3支持不友好，需要重新编译
消息机制不兼容
没有加密机制、安全性不高

二、ROS 2（ROS Pro版）

1.ROS 2简要介绍

ROS2是在ROS基础上设计开发的第二代机器人操作系统， ROS2继承了ROS,又带来了很多新的功能。更大程度上可以简化机器人开发任务，加速机器人落地。

ROS2新概念：

可用Python编写的Launch文件
多机器人协同通信支持
支持安全加密通信
同一个进程支持多个节点
支持Qos服务质量
支持节点生命周期管理
高效的进程间通信

2.ROS 2与ROS架构对比

1.OS层

从原来的只支持linux平台变成了支持windows、mac甚至是嵌入式RTOS平台

2.中间层

ROS 1 中通信依赖于底层的TCP和UDP协议，而ROS 2不造通信的轮子，通信直接更换为更加复杂也更为完善的数据分发服务（Data Distribution Service，DDS）系统通信机制，使得ROS 2的实时性、可靠性和连续性上都有了增强。

3.应用层

在ROS 1中有且仅有一个Master节点，所有节点都需要听它指挥，如果Master节点突然罢工，那么整个ROS系统都会面临奔溃。为了增强系统的健壮性和可扩展性，ROS 2创新性的摒弃了这一设计，转而采用Discovery自发现机制，允许节点自主寻找并建立稳定的通信连接，从而避免单点故障的风险。