ROS的全名是Robot Operating System，即機器人操作系統。雖然名字裏有個“操作系統”，但它並不是獨立的操作系統，而要依賴於宿主系統之上。這個宿主系統通常是Ubuntu，因爲它在Ubuntu有現成的軟件倉庫，但是事實上只要是Linux/Unix都可以從源代碼編譯安裝。
因此，ROS其實是運行在PC上的一套便於機器人開發的機制，它通常用作上位機（例如用於Parrot AR.Drone四軸飛行器時），也可以搭載在機器人上作爲主控（例如Turtlebot機器人使用了搭載ROS的筆記本電腦作爲主控）。
由於優秀的中文資料本來就少，何況ROS一直在迭代，有的情況變化很大，因此，還是強烈建議通過ROS官方網站的英文文檔來學習ROS。相關學習資料和操作步驟附在文末。本文目的只是爲入門提供一點知識儲備。斜體內容可安全跳過，回頭再看也不遲。
ROS運行機制
ROS內核
ROS內核(roscore)是ROS運行的基礎，它裏面有參數服務器(parameter server)。一個運行中的ROS有且僅有一個ROS內核，ROS上的一切都依賴於這個內核。
ROS底層的通信是通過HTTP完成的，因此ROS內核本質上是一個HTTP服務器，它的地址一般是http://localhost:11311/ ，即本機的11311端口。當需要連接到另一臺計算機上運行的ROS時，只要連上該機的11311端口即可。
節點
節點(node)是ROS運行的基本單位，每個節點通常執行整個系統的一小部分功能，比如發送機器人位姿信息、發送控制信息、執行一定的計算任務等。
一個機器人的運行，依賴於節點彼此之間的協作。因此，有人說ROS是分佈式的。
節點之間的通信，依靠消息(message)和服務(service)。
消息
通常，ROS系統中有若干主題(topic)。每個節點可以對主題進行訂閱(subscribe)操作，也可以對主題進行發佈(publish)操作。節點可以向某個主題發佈消息，然後訂閱了該主題的節點就會自動收到消息。
消息是有類型的。一類消息可以由一些基本數據結構組成。例如，表示姿態的Pose類型消息，就由6個64位浮點數組成，分別代表三維空間中姿態的六個參數。消息類型的定義寫在msg文件裏，格式很簡單，十分類似C語言中變量的定義。具體請參考官方文檔。
服務
服務是節點之間除消息以外的另一種通信方式。每個節點都可以創建服務。其它節點可以向該服務發出一個請求(request)，負責這個服務的節點就要相應地返回一個應答(response)。
消息與服務的不同之處，在於服務必須是一對一的，一問一答，可靠性很高。消息則可以多對多，相比之下更公共。至於完成某項通信究竟用誰更好，還要結合具體情況來看。
服務也和消息一樣，是有類型的。服務類型的定義寫在srv文件裏，格式與表示消息類型的msg文件類似，只不過要分別描述請求的類型和應答的類型。具體請參考官方文檔。
數據和文件結構
以下這些東西是ROS在你硬盤上的樣子。這裏用catkin工作空間來講解。
包集
ROS的那些包集(package)裏包含了ROS運行所需要的資源，比如程序、消息和服務的類型定義等。
一個包集裏包含一個package.xml文件，這個文件描述了這個包集的基本信息。如果是源碼包，通常還有個CMakeLists.txt文件，這個文件提供編譯和安裝包集時需要的信息，比如有哪些文件需要編譯、程序要調用哪些庫等。
包集編譯時，所有的消息類型、服務類型的C++和Python庫都會重新生成，C++代碼會重新編譯，其它一些在CMakeLists.txt規定的任務都會執行。
當你在包集裏新建一個C++文件時，請記得修改CMakeLists.txt；當你在包集裏新建一個msg文件時，請記得修改CMakeLists.txt；當你在包集裏新建一個srv文件時，請記得修改CMakeLists.txt；當你在包集裏新建一個Python文件時，不必修改CMakeLists.txt。詳見官方文檔。
程序
ROS支持用C++和Python來寫程序，相關的包集叫做roscpp 和rospy。當修改C++文件時，要編譯整個包集；Python則不必。
ROS裏運行的節點都是由程序創建的。一個包集裏可以有很多個程序，但它們未必都包含節點，也有可能是其它工具，例如某個文件格式轉換的工具。
消息類型與服務類型
這些就是之前提到的msg文件和srv文件。包集每次編譯時，會生成它們對應的C++頭文件和Python模塊，編程時可方便地調用它們。
launch文件
當需要有很多節點同時啓動時，一個個啓動它們會比較累，這時如果寫一個launch文件把這些節點都包括進去，那麼只要啓動一個launch文件，就相當於把這些節點都啓動了。
包
包(bag)是ROS用來記錄運行期間消息的格式。記錄完以後，隨時可以重放這些消息。我們可以用它來記錄機器人運行時傳感器的數據，留待運行結束以後分析。
ROS常用包集
這些不是ROS所必需的，但在實際中會經常用到。
TF
提供基本的位姿在不同座標系中變換功能，例如某個點相對於各關節的座標等，真的非常基本。
Actionlib
控制機器人時，消息和服務不能滿足要求，還要有一種新的通信方式——動作(action)。動作類似於服務，但是節點在向服務發出請求後，會在接下來一段時間內獲得一系列反饋信息，直到動作完成纔會收到應答。
std_msgs和common_msgs
這裏的std_msgs定義了一系列基本的消息類型，如字符串等；而common_msgs定義了一系列常用消息類型，例如姿態、傳感器數據等。
URDF機器人模型
ROS裏的機器人模型通常用URDF來描述。URDF包集會自動解析URDF文件，並轉爲程序可讀的格式，供ROS其它節點使用。URDF是在ROS中描述一個機器人最方便的方式。
Rviz
ROS三維仿真工具，除了機器人本身，ROS的很多東西都可以在這裏仿真，例如TF、點雲等。
RQT
這是ROS很多圖形界面的一個集合，它們會輸出各種用於調試、診斷的信息。例如將傳感器數據畫到座標裏(rqt_plot)、繪製所有節點與消息的關係圖(rqt_graph)等，共計不少於10種。
Moveit!
ROS最著名的用於運動規劃(motion planning)的庫。它可以爲機器人的動作生成路徑。
與各種庫相連接的橋
很多常用的庫，如果要連接到ROS裏，可以使用橋(bridge)。像OpenCV這樣的常用庫，它的橋已經有人開發好了，可以直接安裝到ROS。
當然也可以挑戰一下自己寫一個橋。
如何學習？
Nootrix發佈有安裝了ROS的Ubuntu虛擬機。如果你沒有Linux系統的話，可以裝個VirtualBox虛擬機跑。
ROS版本還是最新的Indigo Igloo爲宜。上一個版本Hydro的教程也可以使用，但是代碼未必通用。
再次強調一遍，要想學好ROS，請務必參照官方英文文檔。
入門可以從文檔的Tutorial部分開始，一點一點照着tutorial來，學完基本的以後再把常用包集的tutorial也刷一遍，這樣差不多就會了。
對於特定的包集，最好的辦法是找到它在ROS的網頁，上面一般會有文檔或鏈接。
遇到問題的話，請仔細查看相關庫的文檔，如無結果可用搜索引擎搜一搜自己遇到的問題，還是不行的話，可以到官方的問答站搜索問題或提問。
不過真要學好的話，最好還是用它來做一個機器人項目吧。