【古月居】新书，讲ROS，更讲机器人
从2012年开始，使用ROS的人越来越多，ROS社区开始举办每年一届的ROS开发者大会（ROS Conference，ROSCon），来自全球的开发者齐聚一堂，分享自己使用ROS开发的机器人应用，其中不乏亚马逊、英特尔、微软等大公司的身影，参与人数也在逐年增多。
经历前几年野蛮而快速的发展，ROS逐渐稳定迭代，2014年起，ROS跟随Ubuntu操作系统，每两年推出一个长期支持版（Long Time Support，LTS），每个版本支持五年，这标志着ROS的成熟，加快了其普及的步伐。
图 ROS的发展历程
回顾2007年，ROS的创始团队原本只想做一款个人服务机器人，却意外成就了一款被广泛应用的机器人软件系统。
但由于设计的局限性，ROS的问题也逐渐暴露，为了能够设计一款适用于所有机器人的操作系统，全新的ROS——ROS 2在2017年年底正式发布。
全新的ROS 2
ROS 2肩负变革智能机器人时代的历史使命，在设计之初，就考虑到要满足各种各样机器人应用的需求。ROS 2是一个全新的机器人操作系统，在借鉴ROS 1成功经验的基础上，对系统架构和软件代码进行了重新设计和实现。
—重新设计了系统架构。ROS 1中所有节点都需要在节点管理器ROS Master的管理下工作，一旦Master出现问题，系统就面临宕机的风险。而ROS 2实现了真正的分布式，不再有Master这个角色，借助全新的通信框架DDS、Zenoh，为所有节点的通信提供了可靠保障。
—重新设计了软件API。ROS 1原有的API已经无法满足需求，ROS 2结合C++最新标准和Python3语言特性，设计了更具通用性的API。这种设计导致原有ROS 1的代码无法直接在ROS 2中运行，但尽量保留了类似的使用方法，同时提供了大量移植说明。
—优化升级了编译系统。ROS 1中使用的rosbuild和catkin问题很多，尤其在针对代码较多的大项目及Python编写的项目时，编译、链接经常出错。ROS 2对这些问题进行了优化，优化后的编译系统叫作ament和colcon，它们提供了更稳定、高效的编译和链接过程，减少了出错的可能性，并使整个开发流程更加流畅和可维护。
系统架构对比
在ROS 1中，应用层（Application Layer）里Master节点管理器的角色至关重要，所有节点都得听它指挥。它类似于公司的CEO，有且只有一个，如果CEO突然消失，公司肯定会乱成一团。为了增强系统的健壮性和可扩展性，ROS 2创新性地摒弃了这一设计，转而采用Discovery自发现机制，允许节点自主寻找并建立稳定的通信连接，从而避免了单点故障的风险。
中间层（Middleware Layer）是ROS封装好的标准通信接口，大家写程序的时候，会频繁和这些通信接口打交道，例如发布一个图像的数据、接收一个雷达的信息，客户端会调用底层复杂的驱动和通信协议，让开发变得简单明了。在ROS 1中，ROS通信依赖底层的TCP和UDP，而在ROS 2中，通信协议换成了更加复杂也更完善的数据分发服务（Data Distribution Service，DDS）系统通信机制。
底层是系统层（OS Layer），即可以将ROS安装在哪些操作系统上，ROS 1主要安装在Linux上，ROS 2的可选项很多，Linux、Windows、macOS、RTOS都可以。
如下图所示，从ROS 2发展的时间轴中，大家可以看到ROS 2的生态正在快速迭代发展。
在ROS 2快速迭代的同时，人工智能和机器人行业也发生了天翻地覆的变化。ChatGPT如一声惊雷，掀开了人工智能的大模型时代。相比过去的深度学习，大模型有更大的模型规模，就像一个有更多神经元的大脑一样，更加聪明、稳定。在ChatGPT之后，全球涌现了数百种大模型，这些大模型快速与各行各业结合。在机器人领域，原本遭受诸多诟病的智能化问题，也因为大模型的出现，而拥有了新的可能。
同时，机器人正在从工厂走向生活，餐厅里有送餐机器人，酒店里有送物机器人，家里有扫地机器人，路面上有自动驾驶汽车，再加上已然成为热点的人形机器人，机器人行业从底层硬件，到软件系统，再到智能化应用，正在逐渐成熟，智能机器人时代的序幕已经缓缓拉开。
我从2008年开始开发机器人，2011年接触ROS，2012年创办了“古月居”机器人社区，2022年开始打造RDK机器人开发者套件，亲眼见证了ROS与机器人行业的相伴快速成长，也有幸和众多伙伴一起助推ROS在国内的普及应用。如今，“古月居”已经成为汇聚了200多万名开发者的机器人社区，RDK也正成为智能机器人开发套件的首选，一个全新的智能机器人时代正在向大家招手。
本书共有9章，分为三部分。
第一部分（第1~3章）介绍ROS 2基础原理：主要讲解ROS 2的发展历程、核心原理和组件工具，提供大量的编程和使用示例，为读者全面展示ROS 2的基础原理和功能。
第二部分（第4~6章）介绍ROS 2机器人设计：主要讲解如何使用ROS 2设计一个仿真机器人和实物机器人，有条件的读者甚至可以根据书中内容自己做一个机器人。
第三部分（第7~9章）介绍ROS 2机器人应用：主要讲解使用ROS 2开发机器人视觉识别、地图构建和自主导航等众多应用的方法，让机器人不仅动得了，还能看懂和理解周围的环境，并且产生进一步的交互运动。
本书采用最新稳定版本ROS 2系统和全新一代的Gazebo机器人仿真平台，绝大部分功能和源码可以在单独的计算机和Gazebo仿真平台上运行。
同时，本书介绍实物机器人的搭建方法，并且在实物机器人上实现相应的功能。
配套源码都加入了中文注释，同时针对核心内容提供C++和Python两个版本，方便读者理解。
