课件：ROS在智能网联汽车中的应用讲解

ROS在智能网联汽车中的应用主讲人：吴航智能网联汽车技术汽车制造与装配技术专业资源库汽车制造与装配技术专业资源库

导入1了解Linux操作系统的特点及其在智能网联汽车中的应用2了解ROS的特性及其在智能网联汽车中的应用3了解Gazebo的特点及其在智能网联汽车中的应用ROS是Robot（机器人）+Operating（操作）+System（系统）的简称，即为机器人操作系统。ROS主要组件包括ROSMaster、ROSNode和ROSService三种。现代智能网联汽车的自主驾驶系统整合了路径规划、避障、导航、交通信号监测等多个软件模块和计算、控制、传感器模块等多个硬件模块，如何有效调配软硬件资源也是一个挑战。简单的嵌入式系统并不能满足无人驾驶系统的上述需求，我们需要一个成熟、稳定、高性能的操作系统去管理各个模块。汽车制造与装配技术专业资源库ROS在智能网联汽车中的应用ROS的架构分为三个层次，分别是文件系统级、计算图级、开源社区级。1.ROS文件系统级文件系统级主要是指在完成ROS的安装后，在硬盘中所生成的一系列关于ROS的内部文件bin文件夹下存放的是二进制文件。这类文件只有在相关应用软件中才能够正确显示出来，比如图像文件、音频文件、视频文件等。etc文件夹下存放的是相关的配置文件。include文件夹下存放的是c++头文件。lib文件夹下存放的是静态库文件。share文件夹下存放的是功能包相关的文件。*.sh文件是Linux系统的命令脚本文件。*.py文件是Python语言编写的脚本文件。ROS把不同功能组件分别放在不同的文件夹中。运行期间会分别根据实际的需要再将它们重新组织在一起。汽车制造与装配技术专业资源库ROS在智能网联汽车中的应用2.计算图级ROS操作系统提供了大量的程序库和工具，从而使得开发人员能够更好地在机器人或人工智能领域中进行学习与研究。而且ROS本身还具有许多功能，如硬件设备驱动、可视化工具、消息传递等。计算图级是ROS为了处理各节点间的数据而建立的一种点对点的拓扑结构图。主要包括：节点、节点管理器、话题、消息、服务、参数服务器和消息记录包。汽车制造与装配技术专业资源库ROS在智能网联汽车中的应用1.节点（Node）一个节点即为一个可执行文件，它通过ROS与其它节点进行通信。在智能网联汽车中，我们可以把激光雷达、毫米波雷达、摄像头、GPS等传感器设备都分别定义成为一个个单一的节点。在此举例说明，首先把智能网联汽车本身的制动系统定义为一个节点，然后再把激光雷达定义为另一个节点。当激光雷达探测到前方有障碍时，激光雷达所在的这个节点就会发出通知告诉制动系统。制动系统接收到通知后，可根据探测情况，开始进行下一步操作的判断是采取减速、刹车还是继续正常行驶。汽车制造与装配技术专业资源库ROS在智能网联汽车中的应用2.节点管理器（Master）节点管理器的作用主要有4个方面：为ROS节点提供命名和注册服务；方便ROS节点之间进行相互的查找；有助于ROS节点之间建立相互的通信连接；提供参数服务器，帮助ROS管理全局参数。汽车制造与装配技术专业资源库ROS在智能网联汽车中的应用3.话题（Topic）话题是节点之间进行通信的最基本方式。节点之间的通信时，可以不需要进行直接的连接，而是以发布和订阅的形式通过话题进行消息的传输。一个节点可以发布多个话题，同样一个话题也可以被多个节点订阅。例如，可分别把智能网联汽车中的摄像头、转向系统、油门系统、制动系统定义成4个节点。由摄像头节点发布一个检测路面是否出现行人的话题，频率为20Hz，这样就使摄像头节点成为一个话题的发布者。再令转向系统、油门系统、制动系统分别去订阅这个检测路面行人的话题，使其成为话题的订阅者。如果前方没有出现行人的话，转向系统和油门系统将继续正常工作；如果前方出现行人的话，转向系统和油门系统在停止工作的同时会开启制动系统。汽车制造与装配技术专业资源库ROS在智能网联汽车中的应用4.消息（Message）消息是节点之间进行通信传输的一种数据类型。消息类型包括了ROS提供的标准类型和用户自定义的类型。定义消息类型必须包含消息的字段和消息的取值两个部分。例如，定义一个名为障碍物的消息类型，消息类型中包含三个字段分别是障碍物的长度、宽度、高度。汽车制造与装配技术专业资源库ROS在智能网联汽车中的应用5.服务（Service）服务建立通信的方式基于客户端-服务器的模式，一方面需要客户端发送服务请求到服务器，另一方面需要服务器接收到请求后，对客户端进行服务的响应。当节点之间需要进行直接通信时，只能采用服务的方式进行通信，而不能通过话题的方式进行。例如，智能网联汽车在行驶过程中想要提高车速，于是电子油门节点向毫米波雷达节点发出服务请求，请求消息类型是方向为正前方，测量范围为200米。毫米波雷达节点接收到服务请求后，进行正前方200米以内的探测后，将探测结果的响应给电子油门节点，响应消息类型是无任何障碍物。汽车制造与装配技术专业资源库ROS在智能网联汽车中的应用6.消息记录包（Bag）消息记录包是一种文件格式，主要用于在ROS中对消息数据、话题数据、服务数据以及其他信息数据进行保存。通过记录包可实现情景再现功能，主要应用于智能网联汽车相关功能的测试。汽车制造与装配技术专业资源库ROS在智能网联汽车中的应用常见几类传感器通过各自驱动的节点来提供感知信息，包括image_raw相机图像信息、激光雷达形成的Scan信息、Velodyne激光雷达提供的点云信息以及GPS系统提供的定位信息等。通过订阅该信息的各自处理节点，形成了扫描图像、点云图像等进一步信息列表。汽车制造与装配技术专业资源库ROS在智能网联汽车中的应用3.开源社区级ROS开源社区级的概念主要是ROS资源，其能够通过独立的网络社区分享软件和知识。这些资源包括：发行版（Distribution）：ROS发行版是可以独立安装、带有版本号的一系列综合功能包。ROS发行版像Linux发行版一样发挥类似的作用。这使得ROS软件安装更加容易，而且能够通过一个软件集合维持一致的版本。软件库（Repository）：ROS依赖于共享开源代码与软件库的网站或主机服务，在这里不同的机构能够发布和分享各自的机器人软件与程序。ROS维基（ROSWiki）：ROSWiki是用于记录有关ROS系统信息的主要论坛。任何人都可以注册账户、贡献自己的文件、提供更正或更新、编写教程以及其他行为。Bug提交系统（BugTicketSystem）：如果你发现问题或者想提出一个新功能，ROS提供这个资源去做这些。邮件列表（Mailinglist）：ROS用户邮件列表是关于ROS的主要交流渠道，能够像论坛一样交流从ROS软件更新到ROS软件使用中的各种疑问或信息。ROS问答（ROSAnswer）：用户可以使用这个资源去提问题