浅谈ROS的产品化探索——开发工具篇
Posted 古月居
tags:
篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了浅谈ROS的产品化探索——开发工具篇相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
上篇讲到，在通信机制部分，我们完全舍弃了ROS基于话题和服务的通信机制，自己又实现了一套通信系统，具体的实现主要基于Linux系统的各种通信方式，此处暂且不表，这篇我们来看下ROS另外一个重要部分——开发工具，如何在机器人产品化过程中应用。
ROS相关的开发工具有很多，大致可以分为以下几种类型：
1.ROS原生工具，比如rviz、qt工具箱、命令行工具等；
2.编译和测试工具，基于已有工具进一步的包装；
3.第三方工具，基于成熟工具，使用一些插件或接口和ROS系统兼容。
就这三种类型的工具，我们来具体分析。
ROS的原生工具非常丰富，可以参考wiki上的说明：
http://wiki.ros.org/Tools
无论是可视化的qt工具还是命令行工具，都频繁用于ROS开发，这些工具和ROS系统的依赖性最强，想要实现产品化并不容易。
▼ rviz
首先来看最重要的一个工具——rviz。
rviz是ROS中的一个三维可视化平台。为什么说它是ROS最重要的一个工具呢？因为rviz可以把不直观的数据统统可视化地显示出来，比如图像、地图、模型、路径等等，这些还只是rviz官方提供的显示插件。
rviz最厉害的地方是它的扩展性，可以通过插件的形式无限扩展，打造自己的人机交互界面。比如上图是ROScon2017开场演讲的Autoware项目，他们将rviz用于无人驾驶汽车的上位机平台。
上图是我们自己项目开发中设计的rviz插件，作为机器人控制的上位机。
rviz原生的显示组件配合定制化开发的插件，功能强大，开发迅速，简直不能再好用了！
OK！吹了半天rviz的强大，也得说说它的问题！
rviz最大的问题就是对ROS核心通信机制的强依赖，系统中必须要运行ROS Master，显示的数据需要通过话题发布，运行不稳定等等。。。很多时候在启动rviz的过程中，总是伴随着警告和错误，一次启动失败就再来一次，最多三四次还是可以启动成功的。。。
基于上边这些问题，rviz基本不可能直接拿来产品化，作为开发过程中的工具还是非常棒的。不过，rviz的架构设计还值得参考，我曾“企图”利用rviz的源码重新开发一个类似的界面工具，摆脱对ROS的依赖，不过最终还是因为没有时间而放弃了，有兴趣的小伙伴可以试一下，记得告诉我结果哦！
▼ 命令行工具和rqt工具
ROS提供的命令行工具非常丰富，比如rostopic、rosservice、rosnode、rosparam等等。虽然没有图形化工具那么直观，但是很多时候更加简洁明快。
ROS还提供了一系列轻量化的可视化工具，比如：
显示计算图的rqt_graph
显示数据包的rqt_bag
绘制数据曲线的rqt_plot
这些工具的问题和rviz类似，或者说ROS的原生工具都有这样的问题，毕竟是“直系血亲”，和ROS核心部分紧密相连，同样继承了ROS通信机制部分的问题。
所以，如果想在机器人产品中为用户提供相关的工具，需要慎重考虑一下面向的对象，和对稳定性的需求。
第二个部分是ROS提供的编译和测试工具。
▼ 编译系统——catkin
ROS的编译系统基于CMake，针对ROS本身的特点进行了包装，可以比较方便的管理包之间的依赖关系，而且ROS功能包可以实现系统模块化、松耦合的管理机制，编译开发版和发布版都没有问题。
功能包或编译系统和ROS的核心通信机制没有直接关系，所以代码里边没有任何ROS相关的代码，一样可以使用。在机器人开发过程中，我们项目中的所有代码都使用ROS包管理、catkin编译。
这种方案还有一个很大的好处，就是很容易在CMakeLists中链接ROS的库，比如tf库。tf库是坐标变换的数学处理库，而我们常用的tf功能包是在tf库的基础上加入了ROS封装，所以两者是有区别的。借助tf库可以帮助我们实现坐标变换，不需要再重复造这个轮子。
▼ 单元测试——gtest
ROS的单元测试系统基于谷歌的gtest，结合catkin编译系统，非常好用。我们项目所有的单元测试，都是通过这种方式完成，相关的语法和gtest一样，可以参考：
http://wiki.ros.org/gtest
可以说，ROS的编译和测试工具在产品化开发过程中可以直接使用，而且包管理机制、单元测试方法让整个软件系统的框架清晰明了、分工明确。
ROS的迅速崛起，也不断吸收更多第三方工具的加入，比如Gazebo、Matlab、Qt Creator、SolidWorks等。
▼
机器人仿真是机器人开发过程中非常重要的一个环节，可以针对机器人模型、应用功能、算法处理、环境状态等方面做仿真。Gazebo是ROS中主要的仿真工具，现在已经独立维护，可以通过ROS接口接入ROS环境，所以无论我们是否使用ROS，都可以使用Gazebo，从开发到产品的过渡相对平滑。
▼
Matlab是数据处理方面的强大工具，2013之后的机器人工具箱也提供了对ROS的支持，实现了ROS核心通信的大部分功能，可以运行ROS Master和节点，并且发布话题消息。这为ROS开发提供了一个强大的数据演算后台，也可以利用matlab的可视化编程功能，实现人机界面的开发。
▼
Qt Creator、SolidWorks等工具，都是以插件的形式提供对ROS的支持，从而实现与ROS相关的功能。
随着ROS的发展，会有越来越多的第三方工具加入ROS的生态环境，这些“兵器”也必定会直接带来生产效率的提高，促进机器人产品化的进程！
本篇针对ROS相关的部分工具进行了分析，当然还有很多工具没有涵盖进来。工具的根本目的是提高我们的开发效率，每一种工具都有其擅长之地，也有其不足之处，所以在我们设计、开发机器人产品的过程中，可以综合考虑，发挥每一个开发工具的优势。
（下篇预告：浅谈ROS的产品化探索（三）——应用功能篇）
以上是关于浅谈ROS的产品化探索——开发工具篇的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章