简而言之，学习ROS的关键是——多实践！ROS是一个机器人研发中的重要工具，“学以致用”才是我们学习的最终目的：给学习赋能的就是实践！而实践就是不断进行知行合一的各种尝试！现在关于ROS的资料已经非常多了，无论是图书、视频还是博客，都可以找到很多学习的资源，但是ROS的学习曲线还是有点陡峭，很多初学者还没来得及在ROS的世界走一走，就半路放弃回了头。那么ROS该如何学习？如何实践？古月君尝试给各位提供一些参考思路。一、 基础教程不可少1.背景知识ROS需要基于Ubuntu使用，涉及的编程语言主要是C++和Python，另外还需要对所研究的机器人理论有一定了解。这些是对初学者背景知识的要求，但千万不要抱出一本《C++ primer》开始研读，这些知识都需要在实践中打磨，所以建议在网上找一些速成教程，花几天时间大概了解知识框架和重点即可。2.ROS安装ROS安装当然是开始动手的第一步，在Ubuntu官网下载镜像，根据百度指引完成系统的安装。Get Ubuntu | Download | Ubuntu接下来就是ROS的安装了，按照ROSwiki上的安装教程，完成桌面完整版的安装。kinetic/Installation/Ubuntu - ROS Wiki安装完毕之后运行一下“roscore”，如果没有问题，恭喜你，安装成功！3.wiki基础教程ROS wiki是ROS资源最丰富的地方，20新手教程非常详细，对代码都有解释，花一天时间把这些教程好好学习下。ROS/Tutorials - ROS Wiki结束新手教程后，相信你的小海龟例程也已经可以跑起来了，虽然你不一定明白为什么要有这只海龟的存在。其实，小海龟背后几乎包含了所有ROS核心通信相关的原理，可以多花两天时间，配合《A Gentle Introduction to ROS》这本书，加深对这只小海龟的理解，熟悉ROS基础工具的使用，比如你可能会用到：rqt_graph、rostopic、rosservice、rosnode等。4. 编程学习ROS使用的编程语言主要是C++和python，所以也有针对这两种语言的功能支持包roscpp和rospy，看完上面的教程也可以看看这两种语言的基础教程。rospy_tutorials - ROS Wikiroscpp/Tutorials - ROS Wiki努力学习完上面的这些内容，你至少应该明白ROS里面的节点和消息是干什么用的了吧，如果还没理解，那就再结合小海龟多试几次吧！二、常用功能包知多少ROS不仅为机器人开发提供了分布式通信框架，而且还提供了大量实用的组件工具，了解这些工具是后续使用它们的基础，这里列出部分常用的组件工具：1. launch启动文件到目前为止，每当运行一个ROS节点或工具时，都需要打开一个新的终端运行一个命令。当系统中的节点数量不断增加时，每个节点一个终端的模式会变得非常麻烦。启动文件（Launch File）是ROS中一种同时启动多个节点的途径，还可以自动启动ROS Master节点管理器，而且可以实现每个节点的各种配置，为多个节点的操作提供了很大便利。roslaunch/XML - ROS WikiROS技术点滴 —— launch文件2、tf坐标变换是机器人系统中常用的基础功能，ROS中的坐标变换系统由TF功能包维护。TF是一个让用户随时间跟踪多个坐标系的功能包，它使用树型数据结构，根据时间缓冲并维护多个坐标系之间的坐标变换关系，可以帮助开发者在任意时间，在坐标系间完成点、向量等坐标的变换。tf - ROS WikiROS探索总结（十八）–重读tf - 古月居ROS探索总结（二十二）–设置机器人的tf变换 - 古月居3.rviz rviz是ROS中一款强大的3D可视化工具，在后面可是要频繁用到的。rviz - ROS WikiROS技术点滴 —— Rviz三维可视化平台我们可以在里面创建自己的机器人，并且看到机器人动起来，还可以创建地图，显示3D点云等等，总之，想在ROS中显示的东东都可以在这里显示出来。当然这些显示都是通过消息的订阅来完成的，机器人通过ROS发布数据，rviz订阅消息接收数据，然后显示，这些数据也是有一定的数据格式。rviz/DisplayTypes - ROS Wiki4.urdf上面的机器人模型是不是很酷，在rviz中，这样的机器人模型是通过urdf文件描述的。URDF（Unified Robot Description Format，统一机器人描述格式）是ROS中一个非常重要的机器人模型描述格式，后续的开发中也将频繁用到。urdf - ROS WikiROS探索总结（二十三）–解读URDF - 古月居5.gazebogazebo是一款功能强大的三维物理仿真平台，其中的机器人模型与rviz使用的模型相同，但是需要在模型中加入机器人和周围环境的物理属性，例如质量、摩擦系数、弹性系数等。机器人的传感器信息也可以通过插件的形式加入仿真环境，以可视化的方式进行显示。simulator_gazebo/Tutorials - ROS WikiROS技术点滴 —— Gazebo物理仿真平台ROS技术点滴 —— gazebo中的常用插件更多功能和工具还需要我们在不断的学习过程中熟悉，比如action、plugin、smach等等。三、仿真操作很重要以上都是ROS的基本功能和使用方法，了解之后的关键还是要进入实践阶段，综合应用以上功能，完成机器人的开发。这一步我们可以不用真实机器人，从以上提到的ROS教程中选一本，包括配套的源代码，按照书上的操作，一步一步实现，其中必然会遇到很多问题，灵活应用google是正道。实现之后当然不是结束，挑选自己感兴趣或者需要研究的章节，一定要把这些源码的实现原理搞明白，仔细研究每一个节点、launch、config文件是如何实现并完成配置的，最好自己动手调试一下，熟悉之前提到的各种工具的使用方法。除了书本上的内容，这里也给大家推荐几款常用的机器人，都配有仿真环境和使用说明，挑选一款搞明白即可，其他都是大同小异。1.turtlebotTurtleBot可以说是ROS中最为重要的机器人之一，它伴随ROS一同成长，一直都作为ROS开发前沿的机器人，几乎每个版本的ROS测试都会以TurtleBot为主，包括ROS2也率先在TurtleBot上进行了大量测试。所以TurtleBot是ROS支持度最好的机器人之一，可以在ROS社区中获得大量关于TurtleBot的相关资源，很多功能包都能直接复用到我们自己的移动机器人平台上，绝对是使用ROS开发移动机器人的重要资源。Robots/TurtleBot - ROS WikiROS机器人实例 —— TurtleBot2.Husky这款机器人是室外轮式移动机器人，同样有丰富的学习资料：Robots/Husky - ROS Wiki3.Universal RobotsUniversal Robots（优傲机器人）是一家引领协作机器人全新细分市场的先驱企业，近几年在机械臂领域用的非常多，对于ROS的支持也比较友好。universal_robot - ROS WikiROS机器人实例 —— Universal Robots4.PR2PR2是ROS中元老级的机器人平台，所有软件代码依托于ROS，并且全部在ROS社区中开放源代码，为我们学习、应用ROS提供了丰富的资源。Robots/PR2 - ROS WikiROS机器人实例 —— PR2四、真实机器人跑起来相信你已经迫不及待的想找一台真实机器人练练手啦，如果你所在的实验室或者公司有相关的机器人给你玩，千万不要放过这个机会，SLAM、navigation、Image、MoveIt全都跑起来！！！这里先用ROS已有的功能包把需要的功能实现了，然后肯定会发现结果不令人满意，此时再来分析是哪个部分的原因，可以进入下边的第五个步骤。如果周围没有这样的环境，也不要灰心，仿真环境可以满足你绝大部分的需求，如果实在手痒痒，那还是败个家吧，淘宝上的ROS机器人很丰富，选择一款适合自己的，为了梦想还是值得的。比如下图就是古月君自己买来搭建的移动机器人，总花费不超过2000大洋。还有很多心灵手巧的小伙伴，可以自己买各种原材料攒一台机器人出来，这个挑战更大，需要自己实现很多嵌入式底层方面的驱动和控制功能，ROS在这部分没有太多指导，需要大家参考一些嵌入式开发和电机控制相关的资料。ROS机器人实例 —— HRMRP五、回归初心是正道经过九九八十一难来到这里，说明你已经“衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴”啦！相信你一定和我一样，遇到并解决过类似下边的问题：1. 一个launch文件敲下去，终端里各种红色的错误飞出来，无数包和节点找不到2. 机器人还没跑起来，tf相关的错误已经搞的晕头转向3. slam过程中机器人飘的厉害，地图和真实环境相去甚远4. 导航的时候满地打转，机器人已经不知道何去何从5. 机械臂运动规划略显随意，同样的路径点每次走出的轨迹却不一致…这些问题大部分原因是和ROS配置相关的。回想一下我们最开始为什么要学习ROS，是为了研究slam、研究导航、研究运动规划、研究人工智能等，但是我们好像花了很多时间在配置环境、写launch、改yaml参数，和开始的目标有点偏离了，自己的研究并没有多大进展。所以到这里，是时候好好想想自己的初心了，ROS你已经比较熟悉，千万不要满足于用ROS已有的功能包调试出一个八九不离十的效果就可以了。ROS是一个工具，可以帮助我们快速搭建起机器人应用的原型，接下来我们的重点应该集中在你自己的研究上，做slam的就来实现自己的算法和gmapping对比，做navigation的就来优化move_base的导航效果，做运动规划的就用自己的规划算法替换ompl。在这个过程中，下边这些书应该是我们参考的重点（优先选择英文原版）：正确认识和使用ROS，或许是我们在学习路上要不断精进的一项内功。它已经成为很多机器人开发者的一种生活方式，每当遇到机器人问题，都会想到用google搜索关键词“ROS + 问题”，找到资源后就是试用、学习、消化、重造。但ROS并不完美，问题还非常多，也不代表机器人开发的全部。好啦，洋洋洒洒说了这么多，如果你还不明白怎样学习ROS，那我也只能把看家的秘诀告诉你了！