开元体育扫地机器人作为目前出货量最大的一种移动机器人类型，已成为一种比较常见的家用电器，相信大家在生活当中也一定见到过。
目前中高端的扫地机器人已经装备了激光雷达、相机、超声波、红外等多种传感器，集成SLAM、路径规划、多传感器融合等众多算法，确保在家庭复杂的环境中依然可以高效的完成扫地、拖地等功能。
这样一个小小的扫地机器人，就是一个典型的移动机器人系统，我们将从这里展开，正式开始移动机器人原理与应用的学习。
机器人诞生之后，首先在工业领域得到了广泛的应用，随着大范围移动的需求，移动机器人这一分支也逐渐产生。时至今日，移动机器人已经在众多领域得以应用，我们先通过两个场景案例来直观感受下目前移动机器人的发展现状。
工业移动机器人，也就是我们常说的AGV和AMR（AGV：Automated Guided Vehicle，自动导引运输车 ；AMR：Autonomous Moblile Robot，自主移动机器人），是目前移动机器人应用非常广泛的一个方向，可能在我们的生活当中并不常见，但却和每一个人都息息相关，比如电商会利用AMR构建智能化仓库；在快递公司的仓库中，包裹也是被类似的机器人快速分拣到去往不同目的地的传送带上；还比如一些生产电子产品的工厂，也可以利用类似的移动机器人，替代原本需要很多人才能完成的物料搬运工作。
如果大家觉得工业场景距离我们生活稍远，那么接下来我们就再举一个离我们生活很近的场景——自动驾驶。
自动驾驶汽车也是一种典型的移动机器人系统，为了保证绝对安全的驾驶过程，汽车上装配了非常多的传感器，以及极为复杂的控制算法。
移动机器人的概念非常广泛，自动驾驶汽车、无人机、水下机器人等各种位置可变的机器人都可以算作是“移动机器人”，在这里我们先划分一下界限，本书所讲的“移动机器人”概念，主要指地面上的移动机器人。
移动机器人：是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。
热点研究领域：环境感知与建模、定位与导航、环境理解、多机器人协同、人机交互等。
如图1-4所示，2018-2020年，全球工业移动机器人销售数量和金额逐年增长；从平均销售收入来看，2018-2020年呈现逐年递减的态势，这说明随着市场和技术日益完善，产品单价在逐渐下降。
如图1-5所示，从销售的机器人产品结构来看，主要是由AGV和AMR组成，AGV是自动引导车，AMR是自主移动机器人，具备更高的智能化水平；从占比变化趋势来看，AMR销售规模增长较快。随着机器人智能化算法的成熟与商业落地，AMR还有进一步的增长空间。对制造业柔性的需求、加快产品上市周期、降低成本以及对提高安全性等需求因素，将驱动AMR市场保持高速增长，全球移动机器人中对AMR的需求、收入和销售额预计很快也会超过AGV。
不过，对于越来越复杂的机器人系统，已经不是一个人或者一个团队可以独立完成的了，如何高效开发机器人，是技术层面上非常重要的一个问题，针对这个问题，2007年一群斯坦福大学的有志青年尝试给出一个答案，那就是机器人操作系统。
机器人操作系统，Robot Operating System ，简称ROS，历经十几年的发展，已经成为机器人开发中的普遍标准，那么这样一个软件系统，是如何诞生与发展的呢，接下来我们一起来学习机器人操作系统的发展与现状。
2007年，一群在斯坦福大学求学的年轻人，诞生了这样一个想法，我们有没有可能做一款个人服务机器人，帮助我们完成洗衣做饭收拾家务等一切我们不想做的事情，甚至还可以在我们无聊的时候，陪我们聊天玩耍。最后，他们真的做出来了。
当时，他们深知做出这样一款机器人并不容易，机械、电路、软件等都要涉及，而且横跨很多个专业，他们自己肯定是做不到的，此时他们诞生了这样一个想法：既然自己做不到，那为什么不联合所有人一起干呢？如果我们设计一套标准的机器人平台和其中的软件，那岂不是可以让所有人都在这样一个平台上做应用开发了么，因为应用软件都基于统一的平台，所以我们都有机会共享其他人开发的应用。
说干就干，初期的机器人原型是用实验室可以找到的木头和一些零部件组成的，后期有了充足的资金，才得以实现外观精致、性能强悍的机器人——PR2，Personal Robot 2代。
PR2这款机器人中的软件框架就是我们现在看到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，成为了一款用于更多机器人的软件系统。
从这条ROS发展的时间轴中，我们不仅可以了解到ROS的发展过程，更重要的是熟悉ROS诞生的原因，以及对之后发展的影响。目前ROS已经在众多机器人中广泛应用，无论是我们平时开发所使用的机器人，还是实际场景中真正运行的机器人。
如图1-9所示，时至今日，ROS已经广泛用于各种机器人的开发，无论是机械臂、移动机器人、水下机器人，还是人形机器人、复合机器人，统统都可以看到ROS的身影，可以说ROS已经成为机器人领域的普遍标准，如果我们想要开发一款机器人，也可以参考链接org中所列出的所有型号，大部分机器人在ROS中的软件都是开源的，这些都可以作为我们开发过程中的重要参考。
第一个是这是一个ROS问答网站，大家可以在这个网站上提出任何关于ROS的问题，全球很多开发者都很乐意回答我们的问题；第二个是wiki.ros.org，这是ROS的，记录了ROS教程和各种功能包的使用；第三个是discourse.ros.org，这是ROS论坛，关于ROS开发的新鲜事都可以在这里发表和查看，比如ROS的活动、新功能包的发布等等，以上就是我们常用到的三个网站。
另外两个网站，index.ros.org是ROS各种资源的一个索引网站，packages.ros.org是ROS功能包存储的数据库，大家有兴趣也可以看一下。
总而言之，通过这些数据，我们可以看到ROS发展迅猛，正在助推机器人革命这一波大浪潮，大家每一个人在其中都大有可为。
有人之前可能用过ROS或者听说过ROS2，在这里我们也简单介绍下ROS2，基于之前我们所提到的ROS诞生的原因，ROS2也应运而生，ROS2在2014年提出，2015年开始迭代，2017年推出第一个正式版，此后也在积极的推进。
与ROS1不同的是，ROS2诞生的目的就是为了让更多机器人使用，所以在设计上更加符合技术的发展方向，也运用了很多最近的技术框架。从设计目标上来讲，ROS2会着重支持以下5个方面：
比如支持多机器人协同控制，这在ROS1中是没有成熟的控制方法的；铲除原型与产品之间的鸿沟，也就是提高ROS自身的稳定性，让ROS可以直接用于产品；支持微控制器，不论是笔记本电脑还是嵌入式系统，都可以使用ROS；支持实时控制，在某些对实时性要求比较高的底层控制方面，增加了更多保障机制；跨平台支持，Linux、windows、MacOS都可以使用。这五点都是在目前的ROS1当中存在缺陷的地方。
但是ROS2目前还处于快速迭代当中，很多功能还不稳定，资料也比较匮乏，所以本系列内容依然以ROS1为主，只要大家熟悉ROS1之后，未来过渡到ROS2也会非常平滑，其中涉及到的众多概念和编程方法都是类似的。
无论如何，ROS都是一个偏向“工具”性质的机器人软件框架，实践是至关重要的，希望大家可以跟随我们的书本内容，加强实际操作的锻炼，这样才能掌握这个重要的开发工具。
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