智能应用 影音
DFourm0526
event

【科普】机器人双向沟通的关键 不可不知的ROS 2技术到底在做什麽?

【科普】机器人双向沟通的关键 不可不知的ROS 2技术到底在做什麽?

富士康近年强攻自驾车商机,与凌华合资成立法博智能,要在自主移动机器人(AMR)市场中取得先机,而电子代工大厂纬创也预计在2021年5月,推出以「Wisbot」为名的服务型AMR。在大厂竞相角逐机器人的时代,可以预见机器人将在未来几年快速发展与普及。

全球机器人产业快速发展,而开源机器人操作系统ROS更是开发机器人相当重要的一环,为了进一步满足下时代产品开发需求,ROS 2也应运而生,甚至ROS 2也被看好是未来机器人中最核心通用的,而这项机器人产业中不可不知的技术,究竟在做什麽?

什麽是ROS

在进入ROS 2之前,我们先讨论什麽是ROS?

ROS的全名是Robot Operating System,顾名思义就是机器人操作系统。但与其说是像Windows或Linux这样的操作系统,ROS在整个机器人设计架构中比较像是作为通讯中介软件的角色,负责串起机器人的各个元件进行沟通与操作,毕竟机器人不像产在线固定的工站进行自动化工序处理,而是存在高度变化的操作条件差异,它能否成功在场域中应用,取决于机器人的自主动作能否顺畅运行,例如,自动传感空间位置做出取放的对应动作,其背后的环境传感、动作判断与执行、回馈等,都会影响机器人的实用价值。

作为全世界开发及使用者数量最多的机器人操作系统,ROS的重要程度自然不言而喻,ROS系统最早起源于2007年,创立的核心宗旨就是要做核心码共享。

机器人的几大领域包括导航、操控、感知等,每个领域都有许多研究者投入心血做出大量研究,做一台机器人难、做两台机器人更是难上加难,为了不希望每个专案要做机器人时,都要重头打造程序,ROS以开源平台的方式,让全世界都可以在这个平台上分享各种机器人相关研究资源和演算法,还可以找到很多教材与Package,因此开发者不必重新造轮子,就可以踩在彼此的肩膀上前进,进而发展各式各样的应用,影响力因此也从学术界扩大到商业用途。

因此,在这里有一个重点就是「打造」,ROS的立意就是为了让更多有意投入机器人市场的人能够缩短开发过程。

但ROS在初期是以打造与整合单台机器人的功能为目的,不过未来的智能工厂,怎麽可能只有一台机器人?当劳力缺口与自动化需求越来越大,企业一定希望能将有限的人力放在更高附加价值的工作上,而附加价值低的工作就交给机器人来做,可以想见的是,工厂内将会有越来越多,甚至成千上百的机器人。这时,成群的机器人要怎麽沟通、协作?问题就不再这麽简单了。而这也造就ROS系统从第一代升级到第二代。

凌华科技新时代机器人平台事业处王健豪博士表示,ROS从最初的学术用途跟如何快速打造机器人,随着时代变迁下需求不同,到了ROS 2时则是将重点放在了「沟通」、「传输」上,强调能够点对点互相传输。而ROS 2之所以能够做到双向沟通,关键就在于ROS 2当初在规划时纳入的DDS技术,并以此为核心,打造出一个适用于多机互联的通讯架构。

ROS 2如何做到双向沟通、跟Clubhouse又有什麽关系?

可以说,ROS与ROS 2最大的不同之处就在于通讯架构。王健豪进一步解释,因为ROS初期是以打造与整合单台机器人的功能为目的,因此自然没有将多机协作的概念纳入考量,在通讯架构上过去是以集中式的模式进行开发,走主从式(Master/Slave)与TCP/IP协定,简单的说,就是所有指令与信息必须透过一个上位系统往下发布与分配,才能进行沟通,但这会衍生两个问题。

一是当工厂需要扩充,就会担心Master越作越大,不仅Server要很强大,一旦上位系统出问题,整个系统都会受到影响,二来,一对多的传输可想而知是相当耗时间的一件事,因此ROS在通讯上不免就会有延迟性跟扩展性的问题。

ROS 2为了解决这个问题,当初在推动时便决定改采分散式架构,并且走UDP 协定结合数据分散式服务(Data Distribution Service,DDS)技术。而根据数据定义,DDS走的是发布/订阅式(Publish/Subscribe)的协定,所谓的Pub/Sub架构是 发布者并不特定将数据发送给特定用户,而是透过将发布的信息设定成不同的话题(Topic)发送出去,而Sub可根据感兴趣的Topic来接受一个、或多个有订阅的Topic。

相对于传统的收送网络而言,Pub不需要等待特定的用户回应,也不必等到接收对象拥有网络连线的能力才能发送,更不用管接收的用户是否过多的问题,因此能够实现数据交换与传输的实时性,并且伴随可扩充的好处。

看到这里,是不是觉得这种模式有点眼熟?其实这个概念简言之就有点像是Clubhouse,王健豪用一个比较浅显易懂例子举例,也就说当你选定一个感兴趣的主题(功能)订阅,而进入房间的所有人都可以同时收听(获取指令与信息),甚至进一步交流(沟通与协作)。

而说到DDS,早早嗅到商机的凌华科技在2015年购并英国PrismTech软件公司。王健豪说,原本DDS是应用在军工航太领域,要知道军事或航太系统,在沟通时是万万不允许出现一丝误差的,强调相当严谨的可靠度,而这样的需求似乎跟智能工厂有着异曲同工之妙。因此当凌华购并PrismTech取得DDS技术,便有意将此技术普及、推广,而正好就在ROS 2推出的时间点,进入市场。

  •     按赞加入DIGITIMES智能应用粉丝团
更多关键字报导: 自主移动机器人 凌华科技 机器人 ROS