ROS（机器人操作系统）是一个开源框架，旨在简化复杂机器人系统的开发。它不是传统的操作系统，而是一个中间件层，提供了用于构建和管理机器人软件的通信工具、库和实用程序。其核心在于，ROS 使进程（称为 nodes）能够通过发布-订阅消息机制（通过 topics）或请求-响应交互（通过 services）来交换数据。例如，一个传感器驱动节点可以将摄像头数据发布到一个 topic，而一个导航节点订阅该 topic 来处理图像。这种模块化方法使开发者能够将机器人任务分解为可重用组件，这些组件可以独立测试和扩展。
ROS 在机器人技术中广泛用于硬件抽象、仿真和算法集成。它标准化了与传感器（例如，LiDAR、摄像头）和执行器（例如，电机、夹具）的交互，使开发者能够专注于高级逻辑，而不是底层设备驱动。例如，ros_control 包提供了用于管理电机的统一接口，使得在不同机器人硬件或仿真器之间切换变得更容易。像 RViz（用于 3D 可视化）和 Gazebo（用于基于物理的仿真）这样的工具让开发者可以在虚拟环境中测试算法，然后再部署到物理机器人上。一个常见的例子是 TurtleBot，这是一个用于教育和研究的低成本平台，它依靠 ROS 来执行地图构建、导航和避障等任务。
ROS 生态系统因其社区驱动的软件包和库而蓬勃发展。开发者可以利用预构建的解决方案来完成诸如运动规划（例如，用于机械臂的 MoveIt）、感知（例如，OpenCV 集成）或 SLAM（Simultaneous Localization and Mapping，即同时定位与建图）等任务。工业应用包括使用 ROS 协调导航和物体操作的仓库机器人。ROS 2 是更新版本，增加了对实时系统和分布式网络的支持，使其适用于生产环境。通过提供一个通用框架，ROS 减少了重复工作并促进了协作，使团队能够高效地将传感器、算法和硬件集成到内聚的系统中。