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ROS verstehen: Erste Schritte mit dem Robotics-Betriebssystem für Anfänger
- 2023-07-05
Was ist ROS?
ROS (Robot Operating System) ist ein Framework zum Aufbau von Robotersystemen. Es handelt sich dabei nicht um ein eigentliches Betriebssystem im herkömmlichen Sinne, sondern vielmehr um ein Meta-Betriebssystem, das auf einem Host-Betriebssystem (z. B. Linux) läuft.
Es stellt eine Middleware-Schicht bereit, die die Hardware abstrahiert und eine Reihe von Diensten, Tools und Bibliotheken bietet, um die Entwicklung von Robotersoftware zu erleichtern.
Was sind die Schlüsselkomponenten von ROS?
Das ROS-Framework besteht aus mehreren Komponenten, darunter:
- ROS-Kern ist die zentrale Komponente, die wesentliche Dienste für die Kommunikation zwischen ROS-Knoten in einem verteilten System bereitstellt, wie z. B. Nachrichtenübermittlung, Parameterverwaltung und Benennung.
- ROS-Knoten sind einzelne Programme, die über den ROS-Kern über ein Publish-Subscribe-Nachrichtensystem miteinander kommunizieren.
- ROS-Themen Ermöglicht die Kommunikation zwischen ROS-Knoten. Es handelt sich um sogenannte Busse, über die Knoten Nachrichten austauschen. Ein Knoten kann Nachrichten zu einem Thema veröffentlichen und alle interessierten Knoten können dieses Thema abonnieren, um die Nachrichten zu erhalten. Themen folgen einem Publish-Subscribe-Nachrichtenmuster und ermöglichen so eine asynchrone Kommunikation.
- ROS-Meldungen sind die Datenstrukturen, die für die Kommunikation zwischen ROS-Knoten verwendet werden und die zu einem Thema ausgetauschten Informationen definieren.
- ROS-Dienste Bieten Sie Knoten die Möglichkeit, Anfragen zu senden und Antworten zu empfangen. Sie verwenden ein Anfrage-Antwort-Muster und gewährleisten so einen direkten Nachrichtenaustausch. Ein Knoten kann einen Dienst anbieten und dabei einen Diensttyp angeben, der die Formate der Anforderungs- und Antwortnachrichten definiert. Andere Knoten können dann den Dienst aufrufen, um Anfragen zu stellen und Antworten zu empfangen.
- ROS-Startdateien Vereinfachen Sie den Prozess des Startens mehrerer Knoten und der Konfiguration ihrer Parameter. Eine Startdatei ist eine XML-Datei, die die auszuführenden Knoten, ihre Parameter und die Verbindungen zwischen ihnen beschreibt. Durch die Verwendung von Startdateien können Sie mehrere Knoten mit einem einzigen Befehl starten, was die Verwaltung komplexer Robotersysteme erleichtert.
Im Kontext von ROS ist die RTK Empfänger kann als ROS-Knoten behandelt werden und über ROS-Themen, -Nachrichten und -Dienste mit anderen Knoten in einem ROS-System kommunizieren.
Welche Plattform soll ROS Core wählen?
ROS Core kann auf einem PC, einem Laptop, einem Computer oder einer Vielzahl eingebetteter Plattformen ausgeführt werden: NVIDIA Jetson, Raspberry Pi, BeagleBone, Intel NUC, Odroid usw.
Die Wahl zwischen ihnen zum Ausführen von ROS hängt von mehreren Faktoren ab, die unten aufgeführt sind. Hier sind einige Empfehlungen, die Ihnen bei der Auswahl für die Ausführung von ROS Core helfen sollen:
- Rechenanforderungen: Wenn Ihre Robotikanwendung Hochleistungsrechnen erfordert, ist NVIDIA Jetson oder ein PC möglicherweise die beste Wahl. Beide bieten leistungsstarke CPUs und GPUs, die sich ideal für rechenintensive Aufgaben wie Computer Vision und maschinelles Lernen eignen.
- Energieverbrauch: Wenn Ihre Robotikanwendung batteriebetrieben ist oder einen geringen Stromverbrauch erfordert, ist Raspberry Pi oder NVIDIA Jetson möglicherweise die beste Wahl. Beide bieten Optionen mit geringem Stromverbrauch und Raspberry Pi ist für seine Energieeffizienz bekannt.
- Kosten: Wenn die Kosten ein wichtiger Faktor sind, ist der Raspberry Pi die kostengünstigste Option und wird häufig für Prototyping- und Hobbyprojekte verwendet. NVIDIA Jetson und PC sind teurere Optionen, bieten aber leistungsfähigere Rechenfunktionen.
- Formfaktor: NVIDIA Jetson oder Raspberry Pi sind die kompaktesten und leichtesten Plattformen. Beide bieten kleine Formfaktoren und eignen sich für den Aufbau kompakter Robotersysteme.
Wählen Sie also Raspberry Pi Wenn Sie eine kostengünstige Option benötigen (lernen Sie wie verbinden simpleRTK2B2B/3B-Boards zu einem Raspberry Pioder Nvidia Jetson Wenn Rechenleistung wichtiger ist (siehe Schritt-für-Schritt-Anleitung). Tutorial zum Anschließen RTK Empfänger an NVIDIA Jetson).
Welche Entwicklungsumgebung soll ROS wählen?
Die am häufigsten verwendeten Entwicklungsumgebungen sind Ubuntu, ROS Development Studio (ROSDS), Visual Studio Code, Eclipse, CLion usw.
Ubuntu ist ein gut unterstütztes und weit verbreitetes Betriebssystem mit einer großen Benutzergemeinschaft, die zur Entwicklung und Unterstützung von ROS beiträgt.
ROS selbst wird hauptsächlich auf Ubuntu entwickelt und getestet, was bedeutet, dass es für diese Plattform optimiert ist und die meisten ROS-Pakete und Bibliotheken als vorgefertigte Pakete für Ubuntu verfügbar sind. Denken Sie nur daran:
- ROS Melodisch ist kompatibel mit Ubuntu 18 (siehe Melodic-Installationsanleitung)
- ROS Noetic ist kompatibel mit Ubuntu 20 (siehe Noetic-Installationsanleitung)
Welche RTK Empfänger und Antennen sind für den Einsatz in ROS geeignet?
Alle ArduSimple RTK Empfänger und Antennen sind mit ROS kompatibel.
Bei der Auswahl konkreter RTK Empfänger und AntennenBerücksichtigen Sie Ihre Anwendungsanforderungen, wie Positionierungsgenauigkeit, Konnektivitätsoptionen und Umgebungsfaktoren, um die am besten geeignete Ausrüstung auszuwählen.
Um Ihre Integration von GPS-Daten in Ihr ROS-Projekt zu beschleunigen, haben wir Folgendes vorbereitet Anleitung zur Verwendung ArduSimple Produkte in ROS.
