從 ROS 1.0 進化到 ROS 2.0,機器人作業系統會迎來何種革新?

近年來隨著工業 4.0、智慧製造的興起,各種機械手臂以及協作型機器人紛紛加入產線以加速生產。不只是智慧工廠,機器人出現的應用場景已擴及到智慧家庭、賣場,甚至是在馬路上跑的移動機器人——無人車。機器人能在近幾年快速發展要歸功於開源的 機器人作業系統(Robot Operating System, ROS),ROS 提供了機器人程式開發所需的各種工具與函式庫,藉由開源的方式讓開發者不需從頭做起,而能在前人的努力下往上堆疊發展。

ROS 推出至今已逾 10 年,一開始是提供學術研究社群的使用而發展到後來越來越多以 ROS 為平台的產品問世,從工業機器人、農業機器人、清潔機器人,以及戶外運輸工具含無人車等。由於開源碼的特性,所有開發者都可以檢視程式碼並依自己需求客製改寫,也可以在全球 ROS 社群中找到自己的同業並從中獲益,加上 ROS 提供許多開發者所需的工具,包括能將機器人於開發實體前進行模擬、產出資料視覺化、能留下日誌以了解機器人做了哪些動作等都是讓 ROS 廣受歡迎的原因。

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ROS 2 改良通訊、安全支援多平台與小型嵌入式設計

為了能進一步滿足商用產品開發上的需求,ROS 2 應運而生。Open Robotics 創辦人暨執行長也是 ROS 的前身 Player-Stage framework 開發者之一的 Brian Gerkey 指出,無人車、無人機與智慧家庭產品是 ROS 2 上近期興起的應用,過去就有許多無人車的原型在 ROS 1 上開發,然而若無人車要真正開上路,需要解決許多人心中對設計與功能上的疑慮,因此包括 Apex.AI 與一些舊金山灣區的新創公司正在 ROS 2 上建立自駕車的高可信賴平台。另一個例子是西班牙的協作型機器手臂公司 Acutronic Robotics,他們也是在 ROS 2 上建造能在人類周圍使用的小型模組化機械手臂。而 ADLINK 則是利用過去製造工業電腦的經驗,同時搭配 ROS 2 的平台進行軟硬整合,設計出適合不同機器人應用的 ROS 2 控制器。

相較於 ROS 1,ROS 2 做了許多改良,它是建立在產業標準上所打造的平台。包括在通訊方式、QoS 通訊服務品質、安全性上都有十足進展,能支援多平台以及更小型的系統設計。Gerkey 進一步說明,在 ROS 1 只有一種傳送訊息的方式,且在安全防護上的做法沒有太多選擇,而在 ROS 2 上可提供 QoS 優先順位的組態設定及訊息的安全防護,此外以無人車的應用來說,ROS 2 已可與即時控制系統相容。

微軟去年也宣布 Windows 10 將支援 ROS 1 與 ROS 2,ROS 1 長久以來是安裝在 Linux 平台上,而 ROS 2 則可安裝在 Linux、Mac OS 及 Windows 平台,大幅簡化開發人員的作業程序。此外,ROS 2 可支援做到更小的系統設計,如可在小型嵌入式微處理器上執行,這常見於自動駕駛輔助系統。整體來說,ROS 2 大幅節省企業開發成本,不需要所有環節都靠自己開發因而縮短產品上市時間。且在 ROS 2 上開發商用產品,如無人車,從最初設計到完成所有程序皆可通過驗證,是可真正上路的運輸工具,不像 ROS 1 所開發的較類似技術論證的原型車。

ROS 2 技術指導委員會擴大產業共同參與

ROS 當初推出的理念就是鼓勵不同研究專長的開發團隊彼此協同合作與整合,不用重複花時間在別人已做過的專案上,能加速機器人研發進展,因此在 ROS 中有擅長導航、機器學習等不同領域專業的團隊,有來自學術單位、政府、企業等不同產業來此建立開發專案。而 ROS 2 在一開始就設定要符合產業需求,因此成立技術指導委員會(TSC),擴大產業的參與來共同決定 roadmap、開發核心工具與建立重要主題的工作小組等。

Gerkey 表示,目前有包括 Amazon、微軟等 14 家大型企業與新創加入 TSC,不只美國也包括來自歐洲、亞洲等地的企業。成員各自有不同關心的應用主題,如 Toyota Research Institute、Apex.AI、Tier IV 對無人車有興趣,而 Amazon、微軟專注在雲端機器人(Cloud Robots)。以地區性來看,長久以來有許多專注工業機器人應用的企業是在歐洲及日本,而美國則是雲端機器人與無人車,亞洲則有許多企業投入消費型機器人市場。這些不同目的的機器人未來發展很難一概而論,儘管工業機器人推出已久,但其在功能性上仍不斷有新發展,包括協作機器人或可進行組裝等精密動作的機械手臂,而興起中的服務型機器人則仍待測試考驗。

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(本文提供合作夥伴轉載。)

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