ROS（Robot OperatingSystem）是開源的機器人系統平臺。使用這個之后，機器人就可以看見東西、測繪、導航，或是以最新的算法作用于周圍的環境當中。假如想要制造復雜的機器人，已經準備好的ROS程序代碼就能派上用場。ROS能在最低限度下運用。這可以透過Raspberry Pi等級的計算機安裝。

做為ROS的入門篇我們來看看如何控制伺服機。伺服機的缺點是會盡快遵照指令運轉，因此頭部常常會突然活動，以至于失去平衡。不過使用ROS之后，就可以進行正弦曲線運動，讓機器人保持穩定。由于可以在ROS當中進行這項操作，因此無須改寫控制用的程序代碼。另外，連接伺服機和ROS的程序代碼，以及伺服機的硬件都無須變更。再者，程序代碼還可以任意使用。

ROS很適合用在Ubuntu或Debian上，無須編譯。建置時要在Linux機器上執行Ubuntu，使用業余用伺服機、Arduino和普通的導線。ROS要在Ubuntu機器上啟動，訊息則透過USB傳送到Arduino。只要安裝二進制的ROS套件，就會在主控臺程序（像是gnome-terminal或konsole）追加以下指令，這樣Arduino系統就能辨識ROS函式庫。

cd~/sketchbook/libraries

rm-rf ros_lib

rosrunrosserial_arduino make_l ibraries.py 。

Arduino的程序

接下來要將程序代碼上傳到Arduino當中，執行低階的伺服機控制，以便能從Linux機器操作。這時要以限制范圍內的百分比（0.0～1.0）指定伺服機的位置。之所以使用百分比而不是寫明角度，是因為Arduino的程序代碼限制了正確的角度，要避免在指定角度時發生沖突。

就如各位所見，使用ROS之后，一般的循環函數就會變得相當簡單。循環函數只會訂閱（subscribe）數據，任何Arduino循環都一樣。設定時要將ROS初始化，將各個ROS訊息訂閱者的訂閱叫出來。每個訂閱者會占據Arduino的RAM，數量取決于要用程序代碼做什么，以6個到12個為限。

#include

#include

#include

#include

#define SERVOPIN 3

Servo servo;

void servo_cb（ const std_msgs：：Float32& msg ）

{

const float min = 45;

const float range = 90;

float v = msg.data;

if（ v 》 1 ） v = 1;

if（ v 《 0 ） v = 0;

float angle = min + （range * v）;

servo.write（angle）;

}

ros：：Subscriber

ros：：NodeHandle nh;

void setup（）

{

servo.attach（SERVOPIN）;

nh.initNode（）;

nh.subscribe（sub）;

}

void loop（）

{

nh.spinOnce（）;

delay（1）; }

接下來要設法透過Arduino在ROS的世界說話。最簡單的方法是使用機器人啟動檔。雖然以下的檔案內容非常簡單，但是這里要追加啟動檔，如此一來即使是非常復雜的機器人，也能用一個指令啟動。

$ cat rosservo.launch

$ roslaunch 。/rosservo.lanch

rostopic指令可以看出ROS訊息傳送到機器人的哪個部位。看了下面的程序代碼就會發現，「/head/tilt」可以透過Arduino使用。訊息要使用「rostopic」傳送。-1的選項只會發布（publish）訊息一次，通知/head/tilt傳送一個浮點數。

$ rostopic list

/diagnostics

/head/tilt

/rosout

/rosout_agg

$ rostopic pub -1 /head/tiltstd_msgs/Float32 0.4

$ rostopic pub -1 /head/tilt std_msgs/Float320.9

這個階段當中，能夠將所有發布數值到ROS的已知方法用在控制伺服機上。假如從0改成1，伺服機就會全速運行。這本來并沒有問題，但實際上我們想要逐漸加速以達到全速，然后再逐漸減速，停在目標角度上。假如伺服機驟然運轉，機器人的動作就會變得僵硬，讓周圍的人嚇一跳。

用另一個節點平滑運動

?

Houndbot

?

Terry

Terry和Houndbot都是ROS機器人，以6061個鋁合金零件制造而成。項目的目標是要盡量讓這些機器人自主運動。

以下的Python腳本程序會監聽「/head/tilt/smooth」的訊息，朝「/head/tilt」發布許多訊息，好讓伺服機轉到目標角度之前慢慢加速，再慢慢延遲旋轉。當訊息抵達「/head/tilt/smooth」時一定會呼叫「moveServo_cb」。這個回調函式會從-90到+90度之間每10度產生1個數值，追加到角度數組當中。「sin（）」會取這個角度，數值從-1到+1慢慢增加。該數值加1之后，范圍就會變成0到+2，再除以2之后， 0到+1的曲線數值數組就完成了。然后再看看m數組當中，每當發布訊息時，就會稍微前進一點，范圍在r之內，直到1*r或是全范圍為止。

#！/usr/bin/env python

from time import sleep

import numpy as np

import rospy

from std_msgs.msg import Float32

currentPosition = 0.5

pub = None

def moveServo_cb（data）：

global currentPosition， pub

targetPosition = data.data

r = targetPosition - currentPosition

angles = np.array（ （range（190）） ［0：：10］） -90

m = （ np.sin（ angles * np.pi/ 180. ） + 1 ）/2

for mi in np.nditer（m）：

pos = currentPosition + mi*r

print “pos： “， pos

pub.publish（pos）

sleep（0.05）

currentPosition = targetPosition

print “pos-e： “， currentPosition

pub.publish（currentPosition）

def listener（）：

global pub

rospy.init_node（‘servoencoder’，anonymous=True）

rospy.Subscriber（‘/head/tilt/smooth’，Float32， moveServo_cb）

pub = rospy.Publisher（‘/head/tilt’，Float32， queue_size=10）

rospy.spin（）

if __name__ == ‘__main__’：

listener（）

想要測試伺服機順暢的動作，就要啟動Python腳本，將訊息發布到「/head/tilt/smooth」，這樣一來即可檢視順暢的動作。

$ 。/servoencoder.py

$ rostopic pub -1 /head/tilt/smoothstd_msgs/Float32 1

$ rostopic pub -1 /head/tilt/smoothstd_msgs/Float32 0

ROS當中的名稱也可以重新測繪。只要將「/head/tilt/smooth」重新測繪為「/head/tilt」，程序就能向伺服機發出命令，而不會意識到正弦曲線的數值在變化。

迎向未來

雖然這里只說明了簡單的伺服機控制，ROS卻有更多功能。假如想要知道妨礙機器人的東西是什么，不妨使用已經支持ROS的Kinect。就算導航堆棧使用這項數據測繪，也可以饋送簡短的Python腳本，讓伺服機動起來，命令機器人追蹤附近的物體。沒錯，眼睛真的會追逐物體。

Terry是室內用機器人，搭載2個Kinect。一個專門用來導航，另一個則用于深度測繪。Terry使用6個Arduinos，能夠從用了ROS的網絡接口或PS3遙控器直接操作。

Houndbot是設計成要在戶外使用。里頭有遙控器、GPS、羅盤和ROS耳形控制器。后續計劃要搭載導航用的PS4雙鏡頭攝影機，因為Kinect不能在陽光下使用。這臺機器人重量為20公斤。還可以追加了懸吊系統，為此需要自行制造鋁合金客制化零件。