知乎問答 —— 如何學習ROS？
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原文連結 ：知乎 | 如何學習ROS？
簡而言之，學習ROS的關鍵是——多實踐！
ROS是一個機器人研發中的重要工具，“學以致用”才是我們學習的最終目的：給學習賦能的就是實踐！而實踐就是不斷進行知行合一的各種嘗試！
現在關於ROS的資料已經非常多了，無論是圖書、視訊還是部落格，都可以找到很多學習的資源，但是ROS的學習曲線還是有點陡峭，很多初學者還沒來得及在ROS的世界走一走，就半路放棄回了頭。
那麼ROS該如何學習？如何實踐？古月君嘗試給各位提供一些參考思路。
一、 基礎教程不可少
1.背景知識
ROS需要基於Ubuntu使用，涉及的程式語言主要是C++和Python，另外還需要對所研究的機器人理論有一定了解。
這些是對初學者背景知識的要求，但千萬不要抱出一本《C++ primer》開始研讀，這些知識都需要在實踐中打磨，所以建議在網上找一些速成教程，花幾天時間大概瞭解知識框架和重點即可。
2.ROS安裝
ROS安裝當然是開始動手的第一步，在Ubuntu官網下載映象，根據百度指引完成系統的安裝。
Get Ubuntu | Download | Ubuntu
接下來就是ROS的安裝了，按照ROSwiki上的安裝教程，完成桌面完整版的安裝。
kinetic/Installation/Ubuntu - ROS Wiki
安裝完畢之後執行一下“roscore”，如果沒有問題，恭喜你，安裝成功！
3.wiki基礎教程
ROS wiki是ROS資源最豐富的地方，20新手教程非常詳細，對程式碼都有解釋，花一天時間把這些教程好好學習下。
結束新手教程後，相信你的小海龜例程也已經可以跑起來了，雖然你不一定明白為什麼要有這隻海龜的存在。
其實，小海龜背後幾乎包含了所有ROS核心通訊相關的原理，可以多花兩天時間，配合《A Gentle Introduction to ROS》這本書，加深對這隻小海龜的理解，熟悉ROS基礎工具的使用，比如你可能會用到：rqt_graph、rostopic、rosservice、rosnode等。
4. 程式設計學習
ROS使用的程式語言主要是C++和python，所以也有針對這兩種語言的功能支援包roscpp和rospy，看完上面的教程也可以看看這兩種語言的基礎教程。
努力學習完上面的這些內容，你至少應該明白ROS裡面的節點和訊息是幹什麼用的了吧，如果還沒理解，那就再結合小海龜多試幾次吧！
二、常用功能包知多少
ROS不僅為機器人開發提供了分散式通訊框架，而且還提供了大量實用的元件工具，瞭解這些工具是後續使用它們的基礎，這裡列出部分常用的元件工具：
1. launch啟動檔案
到目前為止，每當執行一個ROS節點或工具時，都需要開啟一個新的終端執行一個命令。當系統中的節點數量不斷增加時，每個節點一個終端的模式會變得非常麻煩。
啟動檔案（Launch File）是ROS中一種同時啟動多個節點的途徑，還可以自動啟動ROS Master節點管理器，而且可以實現每個節點的各種配置，為多個節點的操作提供了很大便利。
2、tf
座標變換是機器人系統中常用的基礎功能，ROS中的座標變換系統由TF功能包維護。
TF是一個讓使用者隨時間跟蹤多個座標系的功能包，它使用樹型資料結構，根據時間緩衝並維護多個座標系之間的座標變換關係，可以幫助開發者在任意時間，在座標系間完成點、向量等座標的變換。
ROS探索總結（二十二）--設定機器人的tf變換 - 古月居
3.rviz
rviz是ROS中一款強大的3D視覺化工具，在後面可是要頻繁用到的。
我們可以在裡面建立自己的機器人，並且看到機器人動起來，還可以建立地圖，顯示3D點雲等等，總之，想在ROS中顯示的東東都可以在這裡顯示出來。
當然這些顯示都是通過訊息的訂閱來完成的，機器人通過ROS釋出資料，rviz訂閱訊息接收資料，然後顯示，這些資料也是有一定的資料格式。
4.urdf
上面的機器人模型是不是很酷，在rviz中，這樣的機器人模型是通過urdf檔案描述的。
URDF（Unified Robot Description Format，統一機器人描述格式）是ROS中一個非常重要的機器人模型描述格式，後續的開發中也將頻繁用到。
5.gazebo
gazebo是一款功能強大的三維物理模擬平臺，其中的機器人模型與rviz使用的模型相同，但是需要在模型中加入機器人和周圍環境的物理屬性，例如質量、摩擦係數、彈性係數等。機器人的感測器資訊也可以通過外掛的形式加入模擬環境，以視覺化的方式進行顯示。
simulator_gazebo/Tutorials - ROS Wiki
更多功能和工具還需要我們在不斷的學習過程中熟悉，比如action、plugin、smach等等。
三、模擬操作很重要
以上都是ROS的基本功能和使用方法，瞭解之後的關鍵還是要進入實踐階段，綜合應用以上功能，完成機器人的開發。
這一步我們可以不用真實機器人，從以上提到的ROS教程中選一本，包括配套的原始碼，按照書上的操作，一步一步實現，其中必然會遇到很多問題，靈活應用google是正道。
實現之後當然不是結束，挑選自己感興趣或者需要研究的章節，一定要把這些原始碼的實現原理搞明白，仔細研究每一個節點、launch、config檔案是如何實現並完成配置的，最好自己動手除錯一下，熟悉之前提到的各種工具的使用方法。
除了書本上的內容，這裡也給大家推薦幾款常用的機器人，都配有模擬環境和使用說明，挑選一款搞明白即可，其他都是大同小異。
1.turtlebot
TurtleBot可以說是ROS中最為重要的機器人之一，它伴隨ROS一同成長，一直都作為ROS開發前沿的機器人，幾乎每個版本的ROS測試都會以TurtleBot為主，包括ROS2也率先在TurtleBot上進行了大量測試。
所以TurtleBot是ROS支援度最好的機器人之一，可以在ROS社群中獲得大量關於TurtleBot的相關資源，很多功能包都能直接複用到我們自己的移動機器人平臺上，絕對是使用ROS開發移動機器人的重要資源。
2.Husky
這款機器人是室外輪式移動機器人，同樣有豐富的學習資料：
3.Universal Robots
Universal Robots（優傲機器人）是一家引領協作機器人全新細分市場的先驅企業，近幾年在機械臂領域用的非常多，對於ROS的支援也比較友好。
4.PR2
PR2是ROS中元老級的機器人平臺，所有軟體程式碼依託於ROS，並且全部在ROS社群中開放原始碼，為我們學習、應用ROS提供了豐富的資源。
四、真實機器人跑起來
相信你已經迫不及待的想找一臺真實機器人練練手啦，如果你所在的實驗室或者公司有相關的機器人給你玩，千萬不要放過這個機會，SLAM、navigation、Image、MoveIt全都跑起來！！！
這裡先用ROS已有的功能包把需要的功能實現了，然後肯定會發現結果不令人滿意，此時再來分析是哪個部分的原因，可以進入下邊的第五個步驟。
如果周圍沒有這樣的環境，也不要灰心，模擬環境可以滿足你絕大部分的需求，如果實在手癢癢，那還是敗個家吧，淘寶上的ROS機器人很豐富，選擇一款適合自己的，為了夢想還是值得的。比如下圖就是古月君自己買來搭建的移動機器人，總花費不超過2000大洋。
還有很多心靈手巧的小夥伴，可以自己買各種原材料攢一臺機器人出來，這個挑戰更大，需要自己實現很多嵌入式底層方面的驅動和控制功能，ROS在這部分沒有太多指導，需要大家參考一些嵌入式開發和電機控制相關的資料。
五、迴歸初心是正道
經過九九八十一難來到這裡，說明你已經“衣帶漸寬終不悔，為伊消得人憔悴”啦！
相信你一定和我一樣，遇到並解決過類似下邊的問題：
1. 一個launch檔案敲下去，終端裡各種紅色的錯誤飛出來，無數包和節點找不到
2. 機器人還沒跑起來，tf相關的錯誤已經搞的暈頭轉向
3. slam過程中機器人飄的厲害，地圖和真實環境相去甚遠
4. 導航的時候滿地打轉，機器人已經不知道何去何從
5. 機械臂運動規劃略顯隨意，同樣的路徑點每次走出的軌跡卻不一致
......
這些問題大部分原因是和ROS配置相關的。
回想一下我們最開始為什麼要學習ROS，是為了研究slam、研究導航、研究運動規劃、研究人工智慧等，但是我們好像花了很多時間在配置環境、寫launch、改yaml引數，和開始的目標有點偏離了，自己的研究並沒有多大進展。
所以到這裡，是時候好好想想自己的初心了，ROS你已經比較熟悉，千萬不要滿足於用ROS已有的功能包調試出一個八九不離十的效果就可以了。
ROS是一個工具，可以幫助我們快速搭建起機器人應用的原型，接下來我們的重點應該集中在你自己的研究上，做slam的就來實現自己的演算法和gmapping對比，做navigation的就來優化move_base的導航效果，做運動規劃的就用自己的規劃演算法替換ompl。
在這個過程中，下邊這些書應該是我們參考的重點（優先選擇英文原版）：
正確認識和使用ROS，或許是我們在學習路上要不斷精進的一項內功。它已經成為很多機器人開發者的一種生活方式，每當遇到機器人問題，都會想到用google搜尋關鍵詞“ROS + 問題”，找到資源後就是試用、學習、消化、重造。但ROS並不完美，問題還非常多，也不代表機器人開發的全部。
好啦，洋洋灑灑說了這麼多，如果你還不明白怎樣學習ROS，那我也只能把看家的祕訣告訴你了！
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