淺談ROS的產品化探索（二）——開發工具篇

上篇講到，在通信機制部分，我們完全捨棄了ROS基於話題和服務的通信機制，自己又實現了一套通信系統，具體的實現主要基於Linux系統的各種通信方式，此處暫且不表，這篇我們來看下ROS另外一個重要部分——開發工具，如何在機器人產品化過程中應用。

ROS相關的開發工具有很多，大致可以分為以下幾種類型：

1.ROS原生工具，比如rviz、qt工具箱、命令行工具等；

2.編譯和測試工具，基於已有工具進一步的包裝；

3.第三方工具，基於成熟工具，使用一些插件或介面和ROS系統兼容。

就這三種類型的工具，我們來具體分析。

一、ROS原生工具

ROS的原生工具非常豐富，可以參考wiki上的說明：

http://wiki.ros.org/Tools

無論是可視化的qt工具還是命令行工具，都頻繁用於ROS開發，這些工具和ROS系統的依賴性最強，想要實現產品化並不容易。

▼ rviz

首先來看最重要的一個工具——rviz。

rviz是ROS中的一個三維可視化平台。為什麼說它是ROS最重要的一個工具呢？因為rviz可以把不直觀的數據統統可視化地顯示出來，比如圖像、地圖、模型、路徑等等，這些還只是rviz官方提供的顯示插件。

rviz最厲害的地方是它的擴展性，可以通過插件的形式無限擴展，打造自己的人機交互界面。比如上圖是ROScon2017開場演講的Autoware項目，他們將rviz用於無人駕駛汽車的上位機平台。

上圖是我們自己項目開發中設計的rviz插件，作為機器人控制的上位機。

rviz原生的顯示組件配合定製化開發的插件，功能強大，開發迅速，簡直不能再好用了！

OK！吹了半天rviz的強大，也得說說它的問題！

rviz最大的問題就是對ROS核心通信機制的強依賴，系統中必須要運行ROS Master，顯示的數據需要通過話題發布，運行不穩定等等。。。很多時候在啟動rviz的過程中，總是伴隨著警告和錯誤，一次啟動失敗就再來一次，最多三四次還是可以啟動成功的。。。

基於上邊這些問題，rviz基本不可能直接拿來產品化，作為開發過程中的工具還是非常棒的。不過，rviz的架構設計還值得參考，我曾「企圖」利用rviz的源碼重新開發一個類似的界面工具，擺脫對ROS的依賴，不過最終還是因為沒有時間而放棄了，有興趣的小夥伴可以試一下，記得告訴我結果哦！

▼ 命令行工具和rqt工具

ROS提供的命令行工具非常豐富，比如rostopic、rosservice、rosnode、rosparam等等。雖然沒有圖形化工具那麼直觀，但是很多時候更加簡潔明快。

ROS還提供了一系列輕量化的可視化工具，比如：

這些工具的問題和rviz類似，或者說ROS的原生工具都有這樣的問題，畢竟是「直系血親」，和ROS核心部分緊密相連，同樣繼承了ROS通信機制部分的問題。

所以，如果想在機器人產品中為用戶提供相關的工具，需要慎重考慮一下面向的對象，和對穩定性的需求。

二、編譯和測試工具

第二個部分是ROS提供的編譯和測試工具。

▼ 編譯系統——catkin

ROS的編譯系統基於CMake，針對ROS本身的特點進行了包裝，可以比較方便的管理包之間的依賴關係，而且ROS功能包可以實現系統模塊化、松耦合的管理機制，編譯開發版和發布版都沒有問題。

功能包或編譯系統和ROS的核心通信機制沒有直接關係，所以代碼裡邊沒有任何ROS相關的代碼，一樣可以使用。在機器人開發過程中，我們項目中的所有代碼都使用ROS包管理、catkin編譯。

這種方案還有一個很大的好處，就是很容易在CMakeLists中鏈接ROS的庫，比如tf庫。tf庫是坐標變換的數學處理庫，而我們常用的tf功能包是在tf庫的基礎上加入了ROS封裝，所以兩者是有區別的。藉助tf庫可以幫助我們實現坐標變換，不需要再重複造這個輪子。

▼ 單元測試——gtest

ROS的單元測試系統基於谷歌的gtest，結合catkin編譯系統，非常好用。我們項目所有的單元測試，都是通過這種方式完成，相關的語法和gtest一樣，可以參考：

http://wiki.ros.org/gtest

可以說，ROS的編譯和測試工具在產品化開發過程中可以直接使用，而且包管理機制、單元測試方法讓整個軟體系統的框架清晰明了、分工明確。

三、第三方工具

ROS的迅速崛起，也不斷吸收更多第三方工具的加入，比如Gazebo、Matlab、Qt Creator、SolidWorks等。

▼

機器人模擬是機器人開發過程中非常重要的一個環節，可以針對機器人模型、應用功能、演算法處理、環境狀態等方面做模擬。Gazebo是ROS中主要的模擬工具，現在已經獨立維護，可以通過ROS介面接入ROS環境，所以無論我們是否使用ROS，都可以使用Gazebo，從開發到產品的過渡相對平滑。

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Matlab是數據處理方面的強大工具，2013之後的機器人工具箱也提供了對ROS的支持，實現了ROS核心通信的大部分功能，可以運行ROS Master和節點，並且發布話題消息。這為ROS開發提供了一個強大的數據演算後台，也可以利用matlab的可視化編程功能，實現人機界面的開發。

▼

Qt Creator、SolidWorks等工具，都是以插件的形式提供對ROS的支持，從而實現與ROS相關的功能。

隨著ROS的發展，會有越來越多的第三方工具加入ROS的生態環境，這些「兵器」也必定會直接帶來生產效率的提高，促進機器人產品化的進程！

本篇針對ROS相關的部分工具進行了分析，當然還有很多工具沒有涵蓋進來。工具的根本目的是提高我們的開發效率，每一種工具都有其擅長之地，也有其不足之處，所以在我們設計、開發機器人產品的過程中，可以綜合考慮，發揮每一個開發工具的優勢。

（未完待續）

PS. 下篇預告：淺談ROS的產品化探索（二）——應用功能篇

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