【ROS入门】ROS的核心概念

通信机制

节点(Node)——执行单元

• 执行具体任务的进程、独立运行的可执行文件
• 不同节点可使用不同的编程语言，可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

• 为节点提供命名和注册服务
• 跟踪和记录话题/服务通信，辅助节点相互查找、建立连接
• 提供参数服务器，节点使用此服务器存储和检索运行时的参数

话题通信——异步通信机制

话题(Topic)

• 节点间用来传输数据的重要总线
• 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不唯一

消息(Message)——话题数据

• 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类型
• 使用编程语言无关的 .msg 文件定义，编译过程中生成对应的代码文件

如上图所示，Publisher以Topic这个通道为媒介，发布各种message至Subscriber。
话题通信实际范例如下：

如上图所示，有一个话题Topic叫做/image_data，发布者publisher为CameraNode，通过这个话题发布各种message，然后两个订阅者subscriber分别为ImageProcessingNode和ImageDisplayNode，从话题中订阅到这个message。

服务通信——同步通信机制

服务(Service)

• 使用客户端/服务器(C/S)模型，客户端发送 请求(request) 数据，服务器完成处理后返回 应答(response) 数据。
• 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。

Service Client向Service Server发送request请求数据，Service Server接收到之后，向Service Client发送response应答数据。

ImageProcessingNode向CameraNode发送request数据，CameraNode接收到之后执行对应指令，执行结束后发送reply应答至ImageProcessingNode，此时ImageProcessingNode知悉结果。

话题和服务的区别

	话题	服务
同步性	异步	同步
通信模型	发布/订阅	服务器/客户端
底层协议	ROSTCP/ROSUDP	ROSTCP/ROSUDP
反馈机制	无（无应答）	有（一来一回）
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

参数(Parameter)——全局共享字典

ROS Master维护的参数服务器，该参数服务器会来保存一部分参数作为全局共享字典，所有节点都可以通过网络访问这个共享字典

• 可通过网络访问的共享、多变量字典
• 节点使用此服务器来存储和检索运行时的参数
• 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
• 数据类型多变
• 底层通讯机制是RPC调用

上图中，Talker和Listener都可以找ROS Master设置一个变量。例如Talker设置参数（setParam)，参数名为’foo’，参数的值为1；那么Listener就可以去访问master来获取（getParam）参数’foo’；这个时候ROS Master就会提供参数foo的值为1。

文件系统

功能包（Package）

• ROS软件中的基本单元，包含节点源码、配置文件、数据定义等
• 用于完成具体的某一项功能

功能包清单（Package manifest）

• 记录功能包的基本信息，包含作者信息、许可信息、倚赖选项、编译标志等

元功能包（Meta Packages）

• 组织多个用于同一目的的功能包