开始之前想问一下大家，ROS前面的9个点是啥意思？

Turtlebot4是2022年5月新推出的一款基于ROS2.0的机器人平台。小编搜集了一些资料整理成ppt，并在这里和大家做一个Turtlebot4神龟4号“应用方案的探讨”（OS：前世今生的八卦）

说到Turtlebot就不得不提ROS，说到ROS就不得不聊一下PR2这款机器人（如上右图所示）

在2007年，斯坦福大学的一帮同学（有志青年）诞生了一个想法，“我们有没有可能做一款个人服务机器人，帮我们洗衣做饭收拾房间总之一切我们不想做的事情（小编也曾有过这样的幻想），甚至无聊的时候还可以陪我们聊天玩耍……最后他们做出来了，就是刚刚说到的PR2机器人。

你可以看到上图，PR2机器人已经可以完成叠毛巾，打台球，煎鸡蛋，帮助人剪头发（右下图）等一系列复杂的应用功能。以叠毛巾为例，这在当时是轰动机器人圈的重要研究（因为第一次有机器人可以完成柔性物体的处理，虽然效率低，叠5条毛巾需要耗时100分钟，但是在学术层面却推动机器人向前走了一大步）。

他们知道完成这一切非常不容易，机械、电路、软件都要涉及，而且横跨很多个专业，光靠自己肯定做不到，那么联合所有人一起干呢？比如涉及一套标准的机器人操作系统。PR2这款机器人中的软件框架就是ROS的原型，所以ROS因这款个人服务机器人而生，很快也从中独立出来，成为一款可以让更多机器人在其上编程的机器人操作系统。

ROS标记中使用的9个点是来自龟背壳。在2010年，ROS1.0发布。为了普及ROS，柳树车库公司在2010年推出了Turtlebot，它是ROS官方指定的机器人标准平台。我们打开ROS，就会出现一个小乌龟，而乌龟图标甚至成为ROS的象征。

Turtlebot这个名字，正是ROS官方的一个印记。

我们来看这张图，大家有没有发现一个现象：Turtlebot4的外形和2代，1代比较类似。

【回归Turtlebotxi系列】

【底座集成性能强】2017年Turtlebot3发布后，很多用户给到我们反馈，说“你寄给我的是散件，我让学生拼出来至少两个半小时，有时候学生不小心把OPENCR的电源线接反了，板子就烧了，有没有可能以后直接给我集成好的底座”，于是，Turtlebot4回归Turtlebot系列，底座集成性能更强。

【解决电池供电问题】用户还提到说每年寒暑假，机器人没有充电，再用的时候就坏了。有点类似我们汽车的电瓶，2个月以上不闻不问不管，电池过放，就容易坏。而电池属于耗材，坏了只能重新买。于是Turtlebot4标配一个智能充电桩（2个版本都标配充电桩）解决了电池供电问题。

【传感器升级】还有用户说，Turtlebot3上的相机性能太差了，好多时候需要额外配置英特尔的D435或者ZED2，这个时候算力不够还需要再额外配一个TX2，太麻烦了。有没有可能直接提升相机性能。在Turtlebot4上，我们使用了OPENCV公司推出的OAK相机，产品非常能打（等会PPT有相机功能对比表）

【交互性能增强】在使用Turtlebot3的时候，我们不清楚电池状态/WIFI状态/通信状态/电机状态等，这些都需要我们接上显示器才能了解。新一代Turtlebot4标配版配置UI交互面板

【架高】Turtlebot4标配版做了高层支架设计

【基于ROS2.0系统】

Turtlebot4硬件整体架构拿人举例

【感知层】它的传感器类似我们的眼睛，耳朵……

【规划层】主控制器和从控制器（树莓派4B）类似我们的大脑和心脏……

【控制层】那么它的底座类似我们的脚……

标红的部分就是Turtlebot4两款机器人的区别

主要是四点：

1、相机型号不同，标配版是OAK-D-PRO，Lite版用的是OAK-D-Lite

2、标配版配置UI板

3、标配版有架高层

4、标配版有蓝牙手柄

关于相机，感兴趣的各位亲可以在知乎：“OAK中国”获取更多信息

https://blog.csdn.net/oakchina/article/details/123901027#comments_21460719

ROS最早的设计目标就是开发这样一款PR2家庭服务机器人，这款机器人绝大部分时间都是独立工作，为了让他具备充足的能力：

1. 【多机器人系统】：未来机器人一定不会是独立的个体，机器人和机器人之间也需要通信和协作，ROS2为多机器人系统的应用提供了标准方法和通信机制。
2. 【跨平台】：机器人应用场景不同，使用的控制平台也会有很大差异，比如自动驾驶汽车中的算力性能肯定比AMR机器人强很多，为了让所有机器人都可以运行ROS2，ROS2可以跨平台运行于Linux、Windows、MacOS、RTOS，甚至是没有任何系统的微控制器（MCU）上，这样我们就不用纠结自己的控制器能不能用ROS了。
3. 【实时性】：机器人运动控制和很多行为策略要求机器人具备实时性，比如机器人要可靠得在100ms内发现前方的行人，或者稳定的在1ms周期内完成运动学、动力学的解算，ROS2为类似这样的实时性需求提供了基本保障。
4. 【网络连接】：无论在怎样的网络环境下，ROS2都可以尽量保障机器人大量数据的完整性和安全性，比如在wifi信号不好的时候数据也要尽力发送过去，在有黑客入侵风险的场景下要对数据进行加密解密。
5. 【产品化】：，大量机器人已经走向我们的生活，未来还会越来越多，ROS2不仅可以用于机器人研发阶段，还可以直接搭载在产品中，走向消费市场，这对ROS2的稳定性、强壮性也提除了巨大挑战。
6. 【项目管理】：机器人开发是一个复杂的系统工程，设计、开发、调试、测试、部署等全流程的项目管理工具和机制，也会在ROS2中体现，更方便我们去开发一款机器人。
7. 
   

• 系统架构进行了颠覆性的变化，ROS1中所有节点都需要在节点管理器ROS Master的管理下进行工作，一旦Master出现问题，系统就面临宕机的风险，ROS2实现了真正的分布式，不再有Master这个角色，借助一种全新的通信框架DDS，为所有节点的通信提供可靠保障。
• 软件API进行了重新设计，ROS1原有的接口已经无法满足需求，ROS2结合C++最新标准和Python3语言特性，设计了更具通用性的API，虽然导致原有ROS1的代码无法直接在ROS2中运行，但是尽量保留了类似的使用方法，同时提供了大量移植的说明。
• 编译系统进行了升级，ROS1中使用的rosbuild和catkin问题诸多，尤其是针对代码较多的大项目以及Python编写的项目，编译、链接经常会出错，ROS2对这些问题也进行了优化，重新优化后的编译系统叫做ament和colcon，大家在后续的课程中就会体验到新版编译器的使用方法。

在这张图中，左侧是ROS1，右侧是ROS2，大家注意看两者最明显的变化，那就是Master。

• 在ROS1中，应用层里Master这个节点管理器的角色至关重要，所有节点都得听它指挥，类似是一个公司的CEO，有且只有一个，如果这个CEO突然消失，公司肯定会成一团乱麻。ROS2把这个最不稳定的角色请走了，节点可以通过另外一套discovery——自发现机制，找到彼此，从而建立稳定的通信连接。

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• 中间层是ROS封装好的标准通信接口，我们写程序的时候，会频繁和这些通信接口打交道，比如发布一个图像的数据，接收一个雷达的信息，客户端库会再调用底层复杂的驱动和通信协议，让我们的开发变得更加简单明了。

• 在ROS1中，ROS通信依赖底层的TCP和UDP协议，而在ROS2中，通信协议更换成了更加复杂但也更加完善的DDS系统。

• 如果是在进程内需要进行大量数据的通信，ROS1和ROS2都提供了基于共享内存的通信方法，只不过名字不太一样而已。

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• 最下边是系统层，也就是可以将ROS安装在哪些操作系统上，ROS1主要安装在Linux上，ROS2的可选项就很多了，Linux、windows、MacOS、RTOS都可以。

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