隨著AI的發展,機器人必然變得越來越智能。然而要實現智能化,除了需要豐富的AI算法外,還需要強大的操作系統支持——ROS就是這樣一款非常受歡迎的機器人系統。ROS目前已經建立了龐大的生態系統,其參與者包括來自全球機器人行業的眾多開發者,而英特爾開源技術中心(OTC)的Web團隊也是其中重要一員。他們在客戶端、 edge、云、IoT、W3C標準、機器人技術等領域開發及應用web技術,致力于保持web開放、安全、特性豐富且性能強大。
對于機器人設計廠商來講,他們在極力尋求更好的軟硬件解決方案,所以有人自然想到將ROS和Web相結合從而得到更好的機器人解決方案。或許有人會問:為什么要在機器人技術中使用Node.js 和Web?它們各自有什么特點?先看Node.js,其具有高性能(JIT)特性,性能高于Python語言,從而使系統在同一機器人硬件平臺上可實現更多功能;另外,Node.js擁有強大的生態系統和社區支持,是Github*上最流行的語言,而且擁有世界上最大的包分發系統——npm。Node.js設計時易于部署和調試,適合應用于web 界面。再看Web技術,它是遠程控制和儀表板的最佳選擇,可以進行狀態檢查、運動控制、姿勢可視化、視頻流等工作,而且可以在任何瀏覽器里運行,易于嵌入,擁有海量資源。
基于兩者各自的優勢,工程師要考慮的是如何將web引入到ROS中?首先,RWT* 已經將ROS 1.0 APIs 在web中暴露,但在2017年年中之前還沒有針對ROS 2.0的解決方案,因此OTC的Web團隊開發了一套新模塊應用于ROS 2.0。當然我們還需要考慮這是不是在web中暴露ROS API 的最佳方式呢? 比如:服務;另一種做法是Node.js web 服務器,就是在務器中暴露ROS API,這種方式靈活而有效,web頁面中只保留業務邏輯(RaaS)。其實工程師也不必害怕,因為web服務器在 Node.js中只不過需要幾行代碼,并且前端和后端具有同樣的技術棧,因此更易于調試。
ROS2.0路線圖
我們目前取得的兩個成果是GitHub RWT 的兩個軟件包,其中一個是rclnodejs(github repo),它是一個ROS 2.0的Node.js 客戶端,它可以提供快速、便捷而強大的ROS 2.0的JavaScript接口;另一個是ros2-web-bridge(github repo),能夠實現在web頁面中調用ROS 2.0 API ,且與 roslibjs*兼容。下面我們來看看這兩個模塊各自的工作原理。
如上圖所示,其展示了rclnodejs軟件架構設計,其原則是對rcl層薄封裝,從而快速而輕松地適應變化。軟件接口采用事件驅動和非阻塞(Promise/Event)模式 ,使得程序可以擁有高并發特性;另外包本身無需重新編譯即可使用新的ROS消息,一切都在運行過程中處理。如此一來,用戶就能夠輕松、有效地編寫ROS 應用。
如上圖所示,展示ros2-web-bridge 是如何將ROS 2.0引入到瀏覽器中。其與ROS 1.0 bridge (rosbridge_suite)現有的JSON消息協議兼容,從而現有的 Web Tools 可以直接使用,例如:2D/3D 可視化。保持開發的快速簡單,用戶友好的調試。如此一來,RWT ROS1.0組件便可與 ROS 2.0透明兼容。
除了Node.js,C++ 和 Python也是ROS開發中常用的兩種語言,我們不妨將三者進行性能對比:發布一條ROS消息,測量所用的時間和內存。當運行次數增加時,趨勢趨于穩定,其它類型的測試中也能觀察到同樣的趨勢,兩種趨勢都與語言常識相符。可以看出,Node.js 的速度2倍于Python,但是在運行時會消耗更多內存。
在Turtlebot* 3 + ROS 2.0應用案例中,采用了Intel® RealSense? 相機和Intel Atom®的Up Board* ,用一個web應用作為遠程控制,可以看出roslibjs +ros2-web-bridge易于創建強大的UI,可運行于任何瀏覽器中,其源代碼在github上,ROS 2.0 的消息類型是geometry_msgs/msg/Twist。
在Turtlebot* 3 +ROS 2.0應用案例中,采用了Intel® RealSense? 相機和Intel Atom®的Up Board* ,用一個web應用作為遠程控制,可以看出roslibjs +ros2-web-bridge易于創建強大的UI,可運行于任何瀏覽器中,其源代碼在github上,ROS 2.0 的消息類型是geometry_msgs/msg/Twist。
在機器人領域,英特爾還做出了很多其它貢獻,包括推出面向ROS 2.0的AI/ML/CV軟件;通過Movidius NCS提供專用 AI 硬件;用RealSense深度相機,以3D的方式感知世界;采用改進的ROS MoveIt*實現更佳的操縱;以及對ROS 2.0 導航的重新設計。我們相信隨著硬件和軟件的不斷發展,機器人會變得越來越智能。