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机器人控制软件ROS 将像智能手机应用一样流通

日期:2014-06-26 来源:元器件交易网 作者:jy 评论:0
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  图1:川田工业开发的支持ROS的人型 机器人“NEXTAGE OPEN”,计划2014年1月底开始供货。摄于“2013国际 机器人展”(11月6~9日)。
  对于电脑和智能手机来说,即使产品型号不同也能使用同款软件。可现在的很多 机器人不能这样。因为各机器人或各厂家使用的OS、中间件以及编程语言都不同,并且一般不公开其规格。
  而要想让机器人活跃在更广泛的领域,需要建立起像电脑 应用软件和智能手机应用那样,能够使用他人开发的软件、并非机器人专家也能开发软件的环境。如果能够使用他人开发的软件,便可将精力放在真正需要开发的部分,机器人专家以外的开发人员也能参与到机器人软件的开发中,这样便可在机器人中融入更多创意。
  因此,机器人用开源中间件“ROS”(机器人操作系统)在最近几年备受关注。这是由美国Willow Garage公司开发、由Open Source Robotics Foundation(OSRF)维护和管理的中间件。除ROS以外,现在还有很多机器人用中间件,比如日本产业技术综合研究所主导开发的“OpenRTM”,由日本机器人工业协会提出、由ORiN协议会维护管理的“ORiN(Open Robot/Resource interface for the Network)”以及欧洲的“Orocos”、“YARP”等。其中,以欧美为中心迅速赢得了用户的是ROS。现在日本一些机器人厂商也开始推出支持ROS的产品,比如川田工业、电装WAVE及川崎重工业等(图1、2)。
  图2:电装WAVE的支持ROS的控制器摄于“2013国际机器人展”(11月6~9日)。
  社区的存在促成良性循环
  为何ROS能赢得用户?采用ROS进行机器人研究的日本东京大学研究生院信息理工学系研究科智能机械信息学专业副教授冈田慧解释说:“ROS有小ROS和大ROS。小ROS是作为中间件的ROS(通信库以及移动、操作、识别等程序库群)。大ROS增加了软件开发环境(工具)和公布并流通开发软件的场所(社区)。提供工具和社区这一点是ROS最大的特点,是其他机器人中间件所没有的,这一点备受好评。”
  冈田的感想是,“使用ROS前后,世界完全不同”。比如,冈田等人的研发小组正在开发能从7楼的研究室到2楼的三明治卖场去购买三明治的机器人。以前还必须开发让机器人从研究室到电梯、从电梯到三明治卖场自主移动的软件。而ROS的社区已有此类软件。因此,在自主移动方面,只需下载相应软件就可以了。这样就可以把精力放在电梯识别、上下电梯的操作、与三明治卖场的营业员交流等原本的研究开发主题上,从而提高了研究效率。
  并且,将开发出的软件上传到社区,还可供很多人使用。可通过这种方法来验证软件,有时其他人还会帮助改进。这种社区的存在会促成良性循环,加快机器人开发。冈田强调,ROS的社区其实就是机器人版的“iTunes Store”,其意义深远。
  日本的机器人开始支持ROS
  当然,如果机器人不支持ROS,就无法享受这些好处。不过,现在已有大约40种机器人支持ROS。并且,日本的机器人也有支持ROS的产品问世。
  其中之一是川田工业的人型机器人“NEXTAGE”。该公司在2013年11月6~9日举行的“2013国际机器人展”上首次公开了支持ROS的NEXTAGE机器人“NEXTAGE OPEN”(图1)。
  NEXTAGE是OS采用实时OS“QNX”、机器人用中间件采用“OpenRTM”的机器人(图3的左侧)。为了使其支持ROS,川田工业另外准备了一台OS采用Linux、机器人用中间件采用ROS的计算机,让两者进行驱动间通信(图3)。
  在机器人控制器以外,另外准备了一台计算机,在其上安装Linux和ROS,在机器人控制器与配备ROS的计算机之间进行驱动间通信。这样就可以使用ROS的应用软件(工具及他人开发的模块软件等)了。
  比如,使用ROS控制NEXTAGE OPEN动作时,一种方法是,使用作为支持ROS的工具提供的机器人动作生成软件“MoveIt!”来指定轨道上的主要点以及目标姿态(各关节的角度)(图4)。机器人通过驱动间通信获取这些点和目标姿态的信息,并在OpenRTM上执行在点和点之间顺畅插值的平滑命令,同时利用机器人控制器驱动机器人。
  图4:机器人动作生成软件“MoveIt!”
  顺便一提,支持ROS的工具方面,有学习软件、将激光测距传感器的扫描结果表现为三维效果的软件等很多工具。
  据川田工业介绍,NEXTAGE OPEN将于2014年1月底开始供货,价格预计为770万日元左右(约46.9万元人民币),比普通的NEXTAGE贵大约20万日元。
  电装WAVE的垂直多关节机器人“VS-060”也是一款支持ROS的机器人。该公司也跟川田工业一样,另外准备了一台计算机,在上面配备了Linux和ROS,从而实现了对ROS的支持(图5)。
  另外准备一台计算机,在其上安装Linux和ROS,从而实现对ROS的支持。
  据冈田介绍,采用开源机器人中间件及其应用软件时面临的问题之一是没有人对其安全性负责。电装WAVE的VS-060具有在ROS支持部分向机器人控制器发送了错误信号之后,由机器人控制器排除错误等确保安全的功能。安装两种OS和两种机器人用中间件好像有点多余,不过这也是为了保留各机器人厂家以前积累起来的高可靠性控制器(包括中间件和OS)。
  还出现了为采用ROS提供支持的服务
  冈田指出,ROS过去在日本未得到普及的原因主要是大部分信息都是英文以及日本没有支持ROS的机器人。但是,正如前面所介绍的,现在日本也开始出现支持ROS的机器人。另外,旨在帮助用户解决采用ROS时面临的诸多问题的服务也即将问世。
  准备提供这种服务的是东京开源机器人协会。该协会最晚将于2014年1月底开始招募会员企业,将面向会员企业提供帮助其解决采用ROS时面临的诸多问题的服务。
  该协会将向机器人的终端用户提供(1)ROS安装服务;(2)接到咨询后保证在2个营业日以内答复的服务,设置按照客户和机器人分类的、能确认服务内容的门户网站;(3) 视频会议、远程访问及上门服务。该协会代表理事安田恒表示,“虽说ROS下载安装便可使用,但实际上有的地方很难掌握应该如何操作”。因此,该协会将提供上述服务。另外,该协会还计划向想让自家机器人支持ROS的机器人厂商提供服务。
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