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助力世界机器人-庆祝ROS成立10周年

2017年11月11日 ROS 暂无评论 阅读 106 次
序言:

目前,ROS(Robot Operating System)机器人操作系统已广泛应用于各个领域的机器人,涵盖了服务业、工业、农业、无人驾驶、医学、航空等领域。现在ROS的全球用户已接近25万(独立IP),已有超过3000万次累计下载量。尤其是在工业领域,2012年诞生的工业版ROS-Industrial,将各大厂商的工业机器人与ROS社区丰富的软件包连接在了一起,并逐步发展壮大成为包具有50多个成员机构的产业联盟。即将发布的ROS2.0的设计理念也将大大促进其在工业领域的应用。ROS定会在下一个十年中大放异彩。

原文来源:Science Robotics

原文撰稿:Lin Zhang, Robert Merrifield, Anton Deguet,Guang-Zhong Yang

翻译团队:汤尼团队

机器人操作系统(ROS)于2017年11月7日庆祝成立10周年。济南汤尼机器人祝ROS十周年生日快乐!

从太空机器人挑战到自动驾驶、工业装配和外科手术,机器人操作系统(ROS) (1) 的使命是为世界上的机器人提供动力。开源机器人中间件(而不是一个操作系统,像它的名字所暗示的那样)最初是在10年前在斯坦福人工智能实验室工作的基础上开发的,并在柳树车库进行了额外的努力。自2013年以来,ROS一直由开源机器人基金会(OSRF)管理,现在叫做Open Robotics,它为用于机器人研究、教育和产品开发的开源软件提供开发、分发和使用支持。

ROS的巨大灵活性促进了对机器人技术的所有主要方面的代码共享和贡献。ROS通过对常见问题提供解决方案来帮助机器人社区更快地发展。利用ROS模块进行传感、导航、运动规划、碰撞检测和仿真(图1),可以简化机器人应用程序的开发过程。例如,在早期,ROS被用于开发像PR2机器人这样的移动机器人,它是与ROS一起被柳树车库构建的。通过使用ROS,PR2可以做一些家务活,比如提供饮料和折叠衣物(2)。ROS现在提供各种各样的传感器的驱动、模拟器和用于导航任务的算法,这些功能让用户可以专注于自己的研究领域,而不必担心通用的组件实现。对不同的机械臂的支持也做了同步的实现,当前的工作主要是通过ROS Industrial(ROS-I)提供标准化的应用程序接口,另外也提供类似于MoveIt的运动规划工具。最近,ROS被用于构建开源的自动驾驶平台(例如,百度阿波罗项目),为无人驾驶汽车提供全面、安全、可靠的解决方案。

图1 10年的ROS发展,支持研究和开发包括移动、工业、外科、太空机器人以及自动驾驶汽车。

在过去的10年中,已经有11个发行版发行了,条形图显示了每年的ROS二进制安装包下载数量。ROS-I联盟于2013年启动,目的是为工业机器人实现实时的ROS功能。ROS 2.0目前正在开发中,beta版刚刚发布。

尽管OSRF对ROS的发展和支持起了重要作用,但ROS的成功也依赖于一个充满活力和高生产力的社区的贡献(图2)。自2012年以来,ROSCon成为了一个年度会议,所有级别的ROS开发者都可以向社区学习和交流。ROS用户还可以通过丰富的在线资源进行连接,如论坛、wiki和博客,在那里他们可以收到最新的公告,并解决特定的技术问题。最新的社区指标报告(3)显示,注册的ROS论坛用户数量在2017年增长了65%,吸引了来自世界各地的开发者,北美、欧洲和亚洲的用户最多。最近几个月,维基百科页面的编辑和浏览量分别上升了36%和29%,显示出这是一个日益活跃的社区。

图2 一些关键的ROS数据统计

(左)在过去的4年里,来自远东地区国家的ROS维基百科的访问者(来自ROS的年度标准报告)数量不断增加。(中)基于叉和星的数量(从Github到2017年10月10日)的前20个ROS代码库。(右)新发表的引用了原始ROS论文的论文数量(1)(来自Google Scholar搜索,关键词“ROS机器人操作系统”)和注册的维基用户数量。

ROS还支持分布式系统,其中数十个进程可以并行地跨多个机器并行运行。一项名为ROSLink的新协议被提议将支持机器人的机器人与物联网集成在一起,目标是建立一个物理对象、车辆和其他设备的网络,如传感器和执行器。使用ROS,精确的物理仿真可以被用来测试不同的算法,包括深度学习,而不需要昂贵的硬件投资。ROS与不同的机器人模拟器兼容,这对于原型设计、新算法的验证和在不同的使用场景和环境下对机器人的智能行为进行训练是必不可少的。最常用的模拟器之一是Gazebo(4),它是ROS的一部分。Gazebo在学术界和工业界广泛应用,以加速机器人从研究阶段到现实世界的场景的开发。

ROS对学术研究的影响是显而易见的,从软件平台受益的出版物数量稳步增长。这些研究包括但不限于太空机器人、服务机器人、医疗机器人、人形机器人、机器人操纵器和夹钳、无人驾驶飞行器和自动水下机器人。例如,Robonaut 2(R2)(5)使用ROS作为其控制和安全系统。R2已经满足了太空机器人的严格要求,并通过了ISS(国际空间站)的一系列严格测试。医疗机器人研究社区是一个相对较晚的ROS使用者,主要是由于缺乏开放和负担得起的开发平台。2012年,Raven II (6)成为首批拥有ROS支持的医疗机器人之一。在2014年,达芬奇研究工具包(7)被用于支持ROS的研究团体。最近,像Kuka这样的主要机器人制造商已经提出了他们的机器人手臂将支持医疗应用。

ROS-I(http://rosindustrial.org/)发起于2012年。工业机器人已经被广泛用于重复和大批量的制造任务,例如焊接和材料的分配。然而,由于成本考虑,只有少量用于低容量混合部件生产的应用程序。由于当前工业机器人的软件架构有限,应用先进的机器人技术来提高工业生产率是非常昂贵的。ROS-I为通用的工业机器人,传感设备以及特定的生产自动化库提供接口。越来越多的工业硬件,如ABB、Fanuc和Yaskawa生产的机器人,都得到了ROS-I的支持。此外,ROS-I联盟通过提供技术支持、组织培训课程和研讨会,以及为ROS-I制定路线图来促进ROS-I社区的发展。ROS-I联盟在全球拥有50多名成员,包括研究机构和政府机构、系统集成商和终端用户,以及原始设备制造商。另外,即将发布的ROS 2.0将会解决减慢ROS用于工业界的一个主要的限制,即它是一个内部中间件的实现。ROS 2.0现在依赖于数据分发服务来进行进程间通信,并使用质量服务协议(Quality-of-Service)和安全加密功能进行了更好的实现。

有了这样一个强大的社区,未来10年的ROS将会充满激动人心的新发展,从基于实用的中间件转变为驱动未来机器人技术发展的引擎和联合软件工具。

▪ http://www.sciencemag.org/about/science-licenses-journal-article-reuse

▪ This is an article distributed under the terms of the Science Journals Default License.

参考:

1. M. Quigley, K. Conley, B. Gerkey, J. Faust, T. Foote, J. Leibs, R. Wheeler, A. Y. Ng, ROS: An open-source Robot Operating System, in ICRA Workshop on Open Source Software (ICRA, 2009), p. 5.

2. A list of ROS-enabled robotic platforms is available at http://robots.ros.org.

3. http://wiki.ros.org/Metrics

4. C.E. Agüero, N. Koenig, I. Chen, H. Boyer, S. Peters, J. Hsu, B. Gerkey, S.Paepcke, J. L. Rivero, J. Manzo, E. Krotkov, Inside the virtual robotics challenge: Simulating real-time robotic disaster response. IEEE Trans. Autom. Sci. Eng. 12, 494–506 (2015).

5. M. A. Diftler, J. S. Mehling, M. E. Abdallah, N. A. Radford, L. B. Bridgwater, A. M. Sanders, R. S. Askew, D. M. Linn, J. D. Yamokoski, F. A. Permenter, B. K. Hargrave, Robonaut 2–The first humanoid robot in space, in IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA, 2011), pp. 2178–2183.

6. B. Hannaford, J. Rosen, D. W. Friedman, H. King, P. Roan, L. Cheng, D.Glozman, J. Ma, S. N. Kosari, L. White, Raven-II: An open platform for surgical robotics research. IEEE Trans. Biomed. Eng. 60, 954–959 (2013).

7. P. Kazanzides, Z. Chen, A. Deguet, G. S. Fischer, R. H. Taylor, S. P. DiMaio. An open-source research kit for the da Vinci® Surgical System, in 2014 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA, 2014), pp. 6434–6439.

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