Gmapping：這其實(shí)是在OpenSlam項(xiàng)目繼承過(guò)來(lái)的（后來(lái)發(fā)展和改動(dòng)較大），利用gmapping可以實(shí)現(xiàn)laser-basedSLAM，快速建立室內(nèi)二維地圖。
△gmapping建立二維地圖
Localization：基于擴(kuò)展卡爾曼濾波（EKF）和無(wú)跡卡爾曼濾波（UKF）的機(jī)器人定位算法，可以融合各種傳感器的定位信息，獲得較為準(zhǔn)確的定位效果。
△robot_localization示意圖
Navigation：基于Dijkstra、A*算法（全局規(guī)劃器）和動(dòng)態(tài)窗口法DWA（局部規(guī)劃器）的移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃模塊，可以在二維地圖上實(shí)現(xiàn)機(jī)器人導(dǎo)航。
△navigation示意圖
MoveIt：這個(gè)是專注于移動(dòng)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的模塊，下次講運(yùn)動(dòng)規(guī)劃入門的時(shí)候再詳細(xì)介紹它。
△MoveIt對(duì)UR5進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)劃
當(dāng)然，除了這些最先進(jìn)算法外，ROS還有各種機(jī)器人、傳感器驅(qū)動(dòng)等內(nèi)容。
5、是一個(gè)最活躍的機(jī)器人開發(fā)交流平臺(tái)
個(gè)人認(rèn)為，這應(yīng)該是最重要的一點(diǎn)。除了ROS外，現(xiàn)在有需要其他的項(xiàng)目可以代替或者部分代替ROS的功能：OpenRave運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，V-rep仿真。但是這些項(xiàng)目的社區(qū)遠(yuǎn)沒(méi)有ROS活躍。
ROS版本定期更新、主要模塊有專人維護(hù)、問(wèn)答區(qū)活躍、各maillists也非?；钴S、開發(fā)者非常熱衷交流分享。如果深入到ROS社區(qū)，可以學(xué)到很多東西。
為什么
首先，用過(guò)工業(yè)機(jī)器人的人肯定知道，不同工業(yè)機(jī)器人的開發(fā)系統(tǒng)基本都不一樣，示教、編程方法也不同，一個(gè)熟練使用Motoman的工程師很可能并不會(huì)使用Kuka機(jī)械臂。就算是同種機(jī)器人，由于固件版本的更新?lián)Q代，也可能造成程序的不兼容（我在UR上就遇到過(guò)這個(gè)問(wèn)題）。這就大大影響了機(jī)器人的推廣普及。
△左：不同機(jī)器人的示教器；右：UR固件版本不兼容
對(duì)此，ROS可以用統(tǒng)一的方式來(lái)封裝機(jī)器人（URDF模型+機(jī)器人驅(qū)動(dòng)），用戶只需要在ROS中編寫應(yīng)用程序，并不用關(guān)心機(jī)器人的控制方式。如果所有機(jī)器人都采用了這種方式，那么機(jī)器人必將得到更廣泛地應(yīng)用（對(duì)系統(tǒng)集成商的要求會(huì)降低）。
其次，現(xiàn)在越來(lái)越多機(jī)器人廠商開始嘗試使用ROS，包括占據(jù)最多工業(yè)市場(chǎng)份額的機(jī)器人四大家族和各種流行的研究型機(jī)器人；甚至有如Rethink的Baxter，只能使用ROS控制。研究機(jī)器人的如果不去學(xué)習(xí)ROS的話，以后可能就會(huì)面臨不會(huì)使用機(jī)器人的問(wèn)題。
△使用ROS的機(jī)器人
再者，機(jī)器人是一個(gè)復(fù)雜且涉及面極廣的學(xué)科，從下往上包括機(jī)械設(shè)計(jì)、電機(jī)控制、傳感器、軌跡規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、機(jī)器視覺、定位導(dǎo)航、機(jī)器學(xué)習(xí)、高級(jí)智能等等。一個(gè)研究生基本不可能在幾年時(shí)間內(nèi)掌握所有領(lǐng)域。
對(duì)于一個(gè)做上層規(guī)劃的研究生，如果不用ROS的話，往往需要花費(fèi)非常長(zhǎng)時(shí)間用于搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，從而大大擠壓了真正用在發(fā)明新知識(shí)的時(shí)間。例如，我做運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，就必須先把機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解、物體識(shí)別算法、碰撞檢測(cè)算法等完成才有可能開始做運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。造輪子的事就交給專業(yè)造輪子的人做吧。
所以，對(duì)于科研人員來(lái)說(shuō)，ROS可以幫助你快速搭建機(jī)器人軟件系統(tǒng)，同時(shí)其模塊化的設(shè)計(jì)可以讓你方便地用自己的算法替換其中某一模塊，讓你專注于自己的研究點(diǎn)。
最后，就是對(duì)于創(chuàng)業(yè)或者參加比賽的人來(lái)說(shuō)，ROS可以幫助你快速搭建原型樣機(jī)。原型樣機(jī)出來(lái)了，自然比只有設(shè)計(jì)說(shuō)明書的人有優(yōu)勢(shì)。
為防止做廣告嫌疑，創(chuàng)業(yè)的例子就不說(shuō)了，就拿我們?nèi)ツ陞⒓拥囊粋€(gè)創(chuàng)業(yè)大賽來(lái)講。我們組四個(gè)人用了不到兩個(gè)月時(shí)間完成了下面這個(gè)超市購(gòu)物機(jī)器人的軟硬件設(shè)計(jì)與制作，功能包括避障、防跌、人員跟隨、藍(lán)牙校正（跟蹤對(duì)的人）、手勢(shì)識(shí)別、商品自動(dòng)計(jì)價(jià)、自動(dòng)支付等。
嗯，我的公眾號(hào)Nao(qRobotics)的頭像就是在這個(gè)項(xiàng)目時(shí)設(shè)計(jì)的。
△去年參加某創(chuàng)業(yè)大賽的作品MarketBot
如何
這方面已經(jīng)可以找到很多答案了，但是學(xué)習(xí)這種東西只能靠自己多練習(xí)了，我只簡(jiǎn)單從我個(gè)人角度給出幾個(gè)建議吧。
首先，就是要先了解ROS的基本架構(gòu)和開發(fā)方式。我個(gè)人是強(qiáng)烈推薦直接看ROS官網(wǎng)上的教程ROS/Tutorials的BeginnerLevel（多看幾遍），同時(shí)充分使用ROS的問(wèn)答社區(qū)ROSAnswers與各模塊的MailLists，很多基礎(chǔ)問(wèn)題可能前人都遇到過(guò)。
其次，在了解ROS的基本架構(gòu)與開發(fā)方式后，就可以有針對(duì)性地看自己所關(guān)心的部分了。如做移動(dòng)機(jī)器人的同學(xué)就去看Navigation教程；做物體識(shí)別的就去看ORK教程；做運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的就去看MoveIt教程。這一步最好能跟有實(shí)際機(jī)器人練手（如果沒(méi)有的話，就用gazebo仿真）。由于一些模塊的教程不夠清楚（如MoveIt），一定要多練習(xí)，甚至是去看部分源碼，先保證自己會(huì)用ROS實(shí)現(xiàn)一些功能。
對(duì)于ROS與實(shí)際機(jī)器人的連接，建議仔細(xì)看看action（編寫機(jī)器人驅(qū)動(dòng)package）、URDF（機(jī)器人描述文件）的教程（或者ros_control）。如下圖，我為SDA5F機(jī)器人編寫了URDF文件，并修改了motoman_driver中的action，使得在ROS環(huán)境中用MoveIt規(guī)劃控制雙臂機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。
△SDA5F雙臂機(jī)器人與其URDF模型
最后，就是進(jìn)階階段了。我要強(qiáng)調(diào)一句“ROS只是一個(gè)工具”，你會(huì)用ROS做SLAM并不能說(shuō)明你會(huì)做SLAM。對(duì)于自己研究的內(nèi)容，必須沉下心去看教材和論文，去理解每種算法背后的原理，知道如何調(diào)整算法參數(shù)、如何改進(jìn)算法，最終能夠自己編寫某部分代碼，并替換ROS的相應(yīng)模塊（如自己寫運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解替代KDL等）。
做研究，交流非常重要。如果你改進(jìn)ROS某一算法后，最好能與package的原作者交流，將自己的修改merge到原項(xiàng)目中，在交流中提高自己與package的水平。當(dāng)然，如果對(duì)算法有疑問(wèn)，也可以直接咨詢作者，ROS里的貢獻(xiàn)者大都非常愿意分享和交流。
當(dāng)然，在問(wèn)別人之前，請(qǐng)一定要保證自己充分熟悉了官方Tutorials，而不是朝別人發(fā)一堆編譯錯(cuò)誤截圖，然后問(wèn)這是怎么回事。提問(wèn)的藝術(shù)真的非常重要，有時(shí)候不是對(duì)方不愿意跟你交流，而是對(duì)方不愿意手把手帶你過(guò)Tutorials。
結(jié)尾
很多人在爭(zhēng)論是否應(yīng)該使用ROS、是否應(yīng)該在產(chǎn)品上使用ROS、是否應(yīng)該在工業(yè)中使用ROS。但是從我個(gè)人的角度上看，ROS對(duì)于服務(wù)機(jī)器人上層算法開發(fā)和研究而言是一個(gè)很棒的工具，作為學(xué)術(shù)研究使用的話，可以大大加快實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建過(guò)程。
