芯耀
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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(yè)、家庭，還是醫(yī)療等行業(yè)中，機器人發(fā)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(fā)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(tǒng)？機器人操作系統(tǒng)對機器人的智能化有怎樣的推動作用？針對這些問題，與非網邀請了英特爾亞太研發(fā)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。
英特爾亞太研發(fā)有限公司開源軟件技術中心 ROS 工程團隊經理楊洪先生
服務機器人、工業(yè)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(fā)展很快，針對未來機器人領域的發(fā)展，楊洪先生從三個方面做了分析：首先，服務機器人的發(fā)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(yè)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(yè)協作機器人將會成為很多工業(yè)領域的大勢所趨。當前，由于技術、資金、產業(yè)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(wěn)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(yè)區(qū)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(fā)展，醫(yī)療機器人、陪護機器人等在遠程醫(yī)療、微創(chuàng)手術、3D 呈現以及術后康復、陪護等方面比較大的發(fā)展空間。
造就智能化機器人選擇合適的操作系統(tǒng)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(tǒng)，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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)之上，會不會導致自己的商業(yè)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(tǒng)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(tǒng)的運行性能。
ROS 系統(tǒng)已經被廠商所接受并采用，ROS 系統(tǒng)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(tǒng)，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(fā)布或者不發(fā)布自己的代碼的權利，作為更新換代的 ROS2 系統(tǒng)，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(yè)機密與知識產權。
ROS 由 OSRF 統(tǒng)一管控，開源并考慮整體發(fā)展
機器人技術是一個跨領域、跨學科的紛繁龐雜的系統(tǒng)。ROS 采用分布式模塊化設計，對于不同層次的專業(yè)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(jiān)控工具。這樣以來，既讓不同行業(yè)的專業(yè)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(yè)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(yōu)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(tǒng)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(tǒng)里應用起來；也或許是 ROS 優(yōu)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(tǒng)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(tǒng)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(tài)系統(tǒng)是操作系統(tǒng)向前發(fā)展的強大動力
就像 Windows 和 Linux 操作系統(tǒng)，需要建立一個完善的生態(tài)系統(tǒng)才能推動其更快更好地發(fā)展。ROS 是一款糅合了眾多知識體系的操作系統(tǒng)，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(chuàng)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(yè)的人們一起工作能夠大小專業(yè)之間的壁壘，才能讓看似不能解決的問題獲得創(chuàng)新性方案?！?/p>
ROS 生態(tài)系統(tǒng)的布局分為幾個層次。首先，ROS 系統(tǒng)提供了足夠的說明文檔、網上論壇（https://wiki.ros.org,?https://discourse.ros.org/）。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(qū)每年都會在全球召開 ROS 開發(fā)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(tài)系統(tǒng)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(qū)域年度大會，這使 ROS 的生態(tài)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(qū)的發(fā)展壯大，圍繞 ROS 有不少的聯盟陸續(xù)創(chuàng)立，ROS 也被應用到了不同的領域，譬如針對于工業(yè)機械臂的智能化發(fā)展的工業(yè)機器人操作系統(tǒng)（ROS-Industrial）、無人機、自動駕駛、智慧農業(yè)、服務業(yè)、醫(yī)療、安防等等。
另外，ROS 系統(tǒng)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(fā)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(chuàng)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(yè)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(tǒng)的進步推動機器人向智能化邁進
ROS 于 2007 年發(fā)布第一個版本，經過十年發(fā)展，很多前沿技術在快速發(fā)展，同時，業(yè)界對于機器人操作系統(tǒng)的需求也發(fā)生了很多變遷。結合目前的發(fā)展趨勢，未來機器人操作系統(tǒng)發(fā)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?；跈C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(tǒng)并不會獨立存在，往往會依托于已有生產、服務系統(tǒng)，做智慧化或功能化的擴展。如此一來，就要求機器人系統(tǒng)盡可能多地支持既有系統(tǒng)。
第三， 支持物聯網設備和小型系統(tǒng)。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(tǒng)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(yè)界還是普通人的直覺理解，都會把智能化作為機器人發(fā)展的很重要的一個標識。因此未來的機器人操作系統(tǒng)，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(tǒng)的核心領域。
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