机器人操作系统(ROS)教程4: ROS的框架【转】

ROS是一个流行的机器人操作系统，具有广泛的应用。本篇文章将介绍ROS的框架，帮助读者更好地理解ROS系统的结构，并为想要深入了解ROS系统的用户提供帮助。

ROS系统的结构

ROS系统的设计结构是基于一组相互独立的节点（nodes）的，每一个节点针对特定的任务进行设计和实现。ROS节点可以是C++，Python或其它的编程语言实现的，需要遵循ROS规范协议通过ROS通信机制来实现不同节点之间的相互通信。

节点之间的通信通过ROS提供的通信机制来实现。ROS使用发布/订阅模型（Publisher/Subscriber）和服务调用（Service Call）实现不同节点之间的相互通信。发布和订阅通过一个所谓的主题（Topic）来实现，一个节点发布一个主题，其它节点可以订阅这个主题，当消息发布时，所有订阅此主题的节点都会接收到相应的消息。服务调用则需要一个节点提出请求，另一个节点进行响应，返回服务结果。

ROS的每个活动节点都会在ROS中被注册，ROS主节点会根据节点的注册信息来维护节点之间的通信关系。ROS主节点是整个系统的中心节点，它负责建立所有节点之间的通信连接，同时根据通信机制进行消息的发布与订阅、服务的调用与响应等管理工作。

ROS的核心概念

介绍完ROS的结构后，了解ROS的核心概念是必要的，ROS提供了若干核心概念来帮助用户更好地理解ROS的使用。

节点（Node）

节点（Node）是ROS架构下的最小单元。ROS中可以有多个节点，并且这些节点可以通过通信机制进行信息交换。在ROS中，节点由进程来实现，一个节点实际上就是一个运行在计算机上的进程。

主题（Topic）

节点之间通过主题（Topic）进行信息交换。一个主题可以理解为一种数据类型，指定了节点通过这个主题进行数据传输的格式。节点可以订阅一个主题，同时也可以发布一个主题以供其它节点订阅。

服务（Service）

服务（Service）提供了一种点与点之间的通信机制，节点通过服务来请求另一个节点提供一个特定操作或服务，其他的节点可以对该服务做出响应。ROS服务也可以看作一种特殊的主题通信机制，不同之处在于节点之间是请求/响应的关系。

消息（Message）

节点通过发布和订阅主题进行数据传输时，需要采用特定的数据类型格式。ROS提供了一种消息系统(Message)来支持主题的信息传递，每个主题对应一个特定的消息类型。消息类型可以通过简单的JSON语法来描述信息的内容，这样各个节点就能够在消息格式上实现标准化，避免了信息的不兼容等问题。

小结

本篇文章介绍了ROS系统的结构和核心概念，针对每个关键概念进行了详细的解释。ROS框架的设计结构简洁明了，在进行机器人开发时为开发者提供了一个非常灵活的开发环境。对于对ROS系统感兴趣的读者来说，掌握ROS系统的核心概念是非常必要的，它们是开发基于ROS技术的机器人程序的重要基础。