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ROS--開源靈活的操作系統推動機器人向智能化邁進

發表時間:2019-05-30 11:25作者:中科四平網址:http://www.odvuvq.live

  無論在工業、家庭,還是醫療等行業中,機器人發揮著越來越重要的作用,未來的機器人朝著應用多元化、功能智能化方向發展。在這樣的趨勢之下,工程師在設計中應該怎樣選擇合適的機器人操作系統?機器人操作系統對機器人的智能化有怎樣的推動作用?

  在大型工廠里,管理者可能想用機器人來替代人工完成枯燥的重復操作;在獨生子女家庭,父母可能想過讓智能機器人來陪伴自己的小孩兒;在獨居老人家中,兒女可能想過讓機器人來照顧年邁的父母。無論在工業、家庭,還是醫療等行業中,機器人發揮著越來越重要的作用,未來的機器人朝著應用多元化、功能智能化方向發展。在這樣的趨勢之下,工程師在設計中應該怎樣選擇合適的機器人操作系統?機器人操作系統對機器人的智能化有怎樣的推動作用?針對這些問題,邀請了英特爾亞太研發有限公司開源軟件技術中心ROS工程團隊經理楊洪來談一談自己的看法。

  服務機器人、工業機器人、康復機器人將大有可為

  機器人應用越來越廣,機器人技術發展很快,針對未來機器人領域的發展,楊洪先生從三個方面做了分析:首先,服務機器人的發展將會更快速與深遠。隨著智能感知、大數據、人工智能等新技術的進一步成熟并融合進機器人領域,服務機器人將會更智能、更實用。整合了智能虛擬助理的未來服務機器人,必將是能移動、會說話、在特定領域具備專業技能的一個智慧體,也必將更深度地融合到人們的日常工作、生活之中。

  其次,工業協作機器人將會成為很多工業領域的大勢所趨。當前,由于技術、資金、產業耦合度等等一些原因,以汽車制造為代表的自動化制造領域,雖然機械手臂的普及比率不低,但還是以人機隔離、以既定程序來運行的模式。隨著各種短板的逐步克服,特別是在網絡通訊、邊緣計算等技術能夠普及落地以及實時性、安全性、穩定性等方面的問題得到大幅改善之后,人機協作模式(亦即人和機械臂處在同一個作業區域里共同完成一些工作)將會成為更經濟更高效的智慧工廠的必然方向。此外,伴隨著基因技術、納米技術、人工智能、智能硬件的發展,醫療機器人、陪護機器人等在遠程醫療、微創手術、3D呈現以及術后康復、陪護等方面比較大的發展空間。

  造就智能化機器人選擇合適的操作系統是關鍵

  如果人類想要賦予機器人“靈魂”就要配備合適的操作系統,在此基礎上才能讓機器人完成更復雜、更高難度的任務。目前,機器人操作系統已經被很多機器人設計廠商所熟知,然而,如何正確地選擇一個適用于特定場景的機器人操作系統還存在一定的困擾。他們比較擔心幾個問題,第一,讓自己的程序跑在開源的或者是第三方的操作系統之上,會不會導致自己的商業機密或者知識產權遭到泄露?第二,一旦引入了大批量的第三方代碼,將破壞產品的代碼邏輯,增加代碼復雜度,加大代碼的維護與修復成本。第三,對于關注于產品運行性能的廠商,可能會擔憂一個機器人操作系統的引入,會加重機器人產品的運算負擔,從而拉低機器人系統的運行性能。

ROS系統已經被廠商所接受并采用,ROS系統的核心代碼都是以BSD許可協議開放源代碼給所有人的,(ROS2,更新換代的ROS系統,使用Apache許可協議),該許可協議允許任何人使用并更改代碼,并且允許任何人具備發布或者不發布自己的代碼的權利,作為更新換代的ROS2系統,使用了Apache許可協議,同BSD協議具備相似的權力許可。這在盡量多借鑒別人成就的同時,很好地保護了一些機器人制造廠商的商業機密與知識產權。

   ROS由OSRF統一管控,開源并考慮整體發展

  機器人技術是一個跨領域、跨學科的紛繁龐雜的系統。ROS采用分布式模塊化設計,對于不同層次的專業知識,封裝在不同的層次與模塊中,并且提供了一系列的調試與監控工具。這樣以來,既讓不同行業的專業人才專注于自己擅長的領域內,又能通過特定的接口或者工具與其他領域的一些模塊做無縫對接。既能保證各個模塊的專業性,又能保證模塊之間對接的便利性與高效性。

  更重要的是,ROS具備開源優勢。一個開源的項目能夠吸引更多的人或團體的加入,每個人都可以便捷地向開源項目貢獻自己的成就,也可以便利地從開源項目上獲得支持與幫助。其次,ROS的架構設計是為機器人系統量身打造的。ROS架構的核心概念是分布式、模塊化,不管是ROS的核心部分,還是特定功能的應用,都是獨立的模塊設計。再加上清晰簡潔的接口定義與實現,使得在物聯網(IoT)領域的很多輕量級SoC,都能被輕易地在ROS系統里應用起來;也或許是ROS優勝的一個重要原因,ROS雖然是開源的,但是一直由OSRF(開源機器人基金會)統一管控的。自2007年以來10多年的時間里,雖然ROS經歷過幾次變革與起落,但是一直被比較好地管理著,這對于ROS系統的整體走向的把控、整合一些團體與個人、高效決策等等都具備相當重要的作用。

  完善的生態系統是操作系統向前發展的強大動力

  就像Windows和Linux操作系統,需要建立一個完善的生態系統才能推動其更快更好地發展。ROS是一款糅合了眾多知識體系的操作系統,越多的人參與,越會獲得更好的完備性、迭代性。楊洪強調,“每一次的跨學科的創新,都需要從實驗室到應用實踐等不同層次地反復推敲與嘗試。各種不同層次、不同學科、不同專業的人們一起工作能夠大小專業之間的壁壘,才能讓看似不能解決的問題獲得創新性方案。”

   ROS生態系統的布局分為幾個層次。首先,ROS系統提供了足夠的說明文檔、網上論壇。初學者可以從相關網站上獲得足夠的學習資料,快速入門。目前這些網站的訪問量已經相當驚人,而且包括中國在內,有許多團體或個人在致力于將這些網站的相關資料本地化,以期降低進入門檻,更好地服務本國或者本地的學習者們。

  其次,ROS社區每年都會在全球召開ROS開發者大會,該大會的熱度逐年上升,吸引了社會各界認識的關注,為ROS的生態系統的搭建起到了很好的推進作用。除了全球性的年度ROS大會,許多國家,如日本、中國等等,也已經或者正在籌備一些區域年度大會,這使ROS的生態進一步向更細分的市場、更小眾的需求類別上滲透。針對ROS社區的發展壯大,圍繞ROS有不少的聯盟陸續創立,ROS也被應用到了不同的領域,譬如針對于工業機械臂的智能化發展的工業機器人操作系統(ROS-Industrial)、無人機、自動駕駛、智慧農業、服務業、醫療、安防等等。

  另外,ROS系統到目前已經擁有了數以千記的軟件包,一些重要軟件包的維護者也合縱連橫,會定期或不定期地以工作組或者論壇的形式共同商討ROS的發布、趨勢預估等。期待更多的國人能夠在享受ROS帶來的便利的同時,能夠多貢獻自己的代碼,讓更多的人以維護者的身份加入到ROS的建設中來。

  英特爾在開源技術方面給予ROS/ROS2領域合作伙伴提供了支持,主要包括:創建具有產品價值的開源軟件堆棧,填補關鍵技術空白以加速ROS2成熟度,通過英特爾AI和芯片技術為機器人帶來智能,為物聯網工業平臺提供機器人軟件解決方案,以及基于OpenVINO工具集的ROS/ROS2神經網絡視覺加速方案。

  操作系統的進步推動機器人向智能化邁進

   ROS于2007年發布第一個版本,經過十多年發展,很多前沿技術在快速發展,同時,業界對于機器人操作系統的需求也發生了很多變遷。結合目前的發展趨勢,未來機器人操作系統發展會著重于如下的一些方向:

  第一, 消息傳遞機制更關注于效率與安全。基于機器人產品的特性,分布式的模塊化設計與信息傳遞將是設計的重點。而對于機器人產品化的過程中,消息的傳遞將首先以安全為重。

  第二, 跨平臺。機器人系統并不會獨立存在,往往會依托于已有生產、服務系統,做智慧化或功能化的擴展。如此一來,就要求機器人系統盡可能多地支持既有系統。

  第三, 支持物聯網設備和小型系統。未來的機器人勢必要和其他產品或設備協同工作,來達到更高級別的智能性。同時,在機器人普及的趨勢下,機器人與機器人之前的協作、溝通也變得更迫切。因此未來的操作機器人操作系統需要具備更好的連接性、更小的模塊設計,符合協同工作、萬物互聯的大趨勢。

  第四, 支持可擴展的智能化需求。不論是業界還是普通人的直覺理解,都會把智能化作為機器人發展的很重要的一個標識。因此未來的機器人操作系統,對于人工智能的兼容程度也相當重要,提供必要的運行時支持與相對標準的神經網絡的接口抽象,并盡可能多地將給予人工智能的高速算法融入到機器人操作系統的核心領域。



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