ROS 系列学习教程(总目录)
ROS2 系列学习教程(总目录)
一、从ROS1到ROS2
ROS最初的目的是让机器人研发者专注于自己擅长的领域，其他模块则直接复用相关领域更专业研发团队的实现，实现不同研发团队间的共享和协作，提升机器人的研发效率。
但最初的ROS是面向科研领域的，有一些局限性，如今机器人商业需求日趋突显，最初的ROS也因丰富功能的集成使得原始建构和设计的不足愈发明显，所以ROS的研发团队重新设计了更加优秀的ROS2。
ROS2不是ROS1的简单升级，而是借鉴了ROS1成功案例基础上的一个全新的机器人操作系统。
二、ROS2 版本发布
ROS 每年的 5月23日 都会发布一个版本，奇数年份是短期支持版，生命周期到第二年的11月，偶数年份是长期支持版，生命周期到五年的5月。而且他的名字是按照字母表顺序排列的。
下面是目前的ROS发行版列表（截止到2024年）：
| Distro | Release date | Logo | EOL date |
|---|---|---|---|
| Jazzy Jalisco | May 23rd, 2024 |  | May 2029 |
| Iron Irwini | May 23rd, 2023 |  | November 2024 |
| Humble Hawksbill | May 23rd, 2022 |  | May 2027 |
| Galactic Geochelone | May 23rd, 2021 |  | December 9th, 2022 |
| Foxy Fitzroy | June 5th, 2020 |  | June 20th, 2023 |
| Eloquent Elusor | November 22nd, 2019 |  | November 2020 |
| Dashing Diademata | May 31st, 2019 |  | May 2021 |
| Crystal Clemmys | December 14th, 2018 |  | December 2019 |
| Bouncy Bolson | July 2nd, 2018 |  | July 2019 |
| Ardent Apalone | December 8th, 2017 |  | December 2018 |
| beta3 | September 13th, 2017 | December 2017 | |
| beta2 | July 5th, 2017 | September 2017 | |
| beta1 | December 19th, 2016 | Jul 2017 | |
| alpha1 - alpha8 | August 31th, 2015 | December 2016 |
三、ROS2 相关项目
ROS1拥有丰富的生态系统，随着ROS2的成熟，一些原有ROS1的生态也随之更新了ROS2版本。
3.1 核心库源码
- ros2/ros2: 这个仓库包含了ROS2的核心元数据和一些基本的安装脚本。
- ros2/ros2cli: 提供了一套强大的命令行工具。这些工具使得开发者能够通过命令行界面与ROS 2系统进行交互，从而简化开发和调试过程。
- ros2/rclcpp: rclcpp是ROS2的C++客户端库，提供了ROS2的核心功能。
- ros2/rclpy: rclpy是ROS2的Python客户端库，提供了ROS2的核心功能。
- ros2/ros2_tracing: 用于跟踪和分析ROS 2系统中的消息传递和节点交互。它可以帮助开发者更好地了解系统的性能和行为。
- ros2/rmw: rmw是ROS Middleware Interface的缩写，它是ROS2的中间件抽象层，允许ROS2与不同的中间件（如DDS实现）进行交互。
- ros2/system_tests: 包含ROS2的各种系统测试。
3.2 重要工具和组件
-
ros2/rviz： 三维可视化工具，用于显示和调试机器人系统的各种数据。
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ros2/rosbag2： 用于记录和回放ROS2的消息数据。
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ros2/geometry2: 包含ROS2中的几何库，如 tf2 和 kdl_parser。
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ros2/navigation2: ROS2中的导航堆栈，用于移动机器人的路径规划和避障。
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ros2/moveit: MoveIt2是ROS2中的运动规划框架，用于控制机械臂和其他运动部件。它提供了多种规划算法和工具，支持碰撞检测、轨迹生成等功能。
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ros2/ros1_bridge： 用于在ROS1和ROS2之间进行消息传递。它支持双向通信，方便了从ROS1到ROS2的迁移。
-
ros2_control： 用于实现ROS2的机器人实时控制。它支持多种硬件接口和控制算法，适用于各种类型的机器人控制系统。
-
ros2/gazebo_ros_pkgs: Gazebo与ROS2的集成包，用于仿真。
-
ros2/realtime_support: 包含ROS2的实时支持库和工具。
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ros2/demos: 包含ROS2的各种示例和演示。
-
ros2/ros2_documentation： ros2文档。
3.3 其他ROS2相关项目
- Gazebo
- 项目简介：Gazebo是一个3D物理模拟器，常用于机器人仿真。它支持ROS2，可以与ROS2节点无缝集成，提供逼真的物理环境和传感器模拟。
- 官方网站：Gazebo
- ROS2 OpenVINO
- 项目简介：ROS2 OpenVINO是Intel提供的计算机视觉和神经网络优化工具包的ROS2版本。它支持多平台开发，适用于需要高性能图像处理和深度学习的应用。
- 官方网站：Intel ROS2 Projects
- ROS2 RealSense Camera
- 项目简介：ROS2 RealSense Camera是Intel提供的ROS2驱动程序，用于支持Intel RealSense摄像头。它提供了丰富的传感器数据和图像处理功能。
- 官方网站：Intel ROS2 RealSense
- ros2ai
- 项目简介：ros2ai是一个开源项目，旨在简化ROS2与AI的交互。它提供了一个命令行接口，支持通过语音或文本与机器人进行智能对话，利用OpenAI的自然语言处理能力。
- 项目地址：ros2ai
- ROS2-WebRTC
- 项目简介：ROS2-WebRTC是一个项目，用于在ROS2中实现WebRTC通信。它支持实时音视频传输，适用于远程操作和监控场景。
- 项目地址：ROS2-WebRTC
四、ROS2 优越性
与ROS1相比，ROS2在多个方面展现了显著的优越性。这些改进不仅提升了开发者的使用体验，也使ROS2更加适应现代机器人技术的需求。
1. 分布式架构
去中心化：ROS2放弃了ROS1中的中心化master节点，采用了去中心化的节点发现机制。这意味着即使某个节点失效，也不会影响其他节点之间的通信，从而提高了系统的健壮性和可靠性。
ROS1与 ROS2 架构对比：
2. 实时性和高性能
DDS通信协议：ROS2使用DDS (Data Distribution Service) 作为底层通信协议，DDS是一种专为实时系统设计的数据分发/订阅标准，支持零拷贝数据传输，大大减少了CPU和内存的开销，提高了通信效率和实时性。
实时控制：ROS2更适合需要高实时性和确定性响应的应用场景，如工业自动化和无人驾驶。
3. 跨平台支持
多操作系统支持：ROS2不仅支持Linux和MacOS，还增加了对Windows和RTOS（实时操作系统）的支持，使得ROS2能够在更广泛的平台上运行，提高了开发的灵活性和适用范围。
4. 安全性
增强的安全性：ROS2在设计时就考虑到了安全性，提供了数据加密、访问控制和权限管理等功能，使得ROS2更适合用于需要高安全标准的工业和商业应用。
5. 模块化和可扩展性
灵活的模块化设计：ROS2的架构更加模块化，允许开发者更容易地组合和重用代码。此外，ROS2支持在同一可执行文件中创建多个节点，提供了更高的灵活性和模块化设计。
6. 生命周期管理
节点生命周期管理：ROS2引入了节点生命周期的概念，允许开发者更好地控制节点的启动和关闭顺序，这对于复杂的机器人系统尤为重要。
7. 启动和配置
Python启动文件：ROS2使用Python编写的launch文件，相比ROS1中的XML格式，提供了更多的功能性和灵活性，使得启动和配置更加直观和便捷。
8. 编译系统
Ament编译系统：ROS2采用了新的编译系统Ament，相比ROS1中的catkin，Ament更高效，支持跨平台编译，并能更好地集成现代构建工具链。
9. 参数管理和调试
高级参数管理：ROS2提供了更高级的参数声明和动态重载功能，支持节点级别的参数声明和默认值设定，简化了参数管理。
丰富的调试工具：ROS2提供了更多的调试工具和日志记录功能，帮助开发者更快地定位和解决问题。
10. 社区和支持
不断增长的社区：尽管ROS1的社区更大，但ROS2的社区正在迅速增长。随着越来越多的项目迁移到ROS2，相关的工具、库和文档也在不断增加，提供了更多的资源和支持。
11. 未来兼容性
支持新兴技术：ROS2的设计更加现代化，支持新兴的技术和标准，如现代C++语言特性、Web服务等，确保了ROS2在未来的发展中保持领先地位。
12. 更好的开发体验
现代编程语言支持：ROS2鼓励使用现代的编程语言特性，如C++11及以上版本，以及Python 3.5及以上版本，提供了更好的开发体验和更高的代码质量。
命令行工具改进：ROS2的命令行工具更加直观和一致，每个命令都有明确的意义，使得学习和使用更加容易。