圖1：川田工業(yè)開發(fā)的支持ROS的人型機(jī)器人“NEXTAGE OPEN”，計(jì)劃2014年1月底開始供貨。攝于“2013國(guó)際機(jī)器人展”（11月6～9日）。
對(duì)于電腦和智能手機(jī)來(lái)說(shuō)，即使產(chǎn)品型號(hào)不同也能使用同款軟件?？涩F(xiàn)在的很多機(jī)器人不能這樣。因?yàn)楦鳈C(jī)器人或各廠家使用的OS、中間件以及編程語(yǔ)言都不同，并且一般不公開其規(guī)格。
而要想讓機(jī)器人活躍在更廣泛的領(lǐng)域，需要建立起像電腦應(yīng)用軟件和智能手機(jī)應(yīng)用那樣，能夠使用他人開發(fā)的軟件、并非機(jī)器人專家也能開發(fā)軟件的環(huán)境。如果能夠使用他人開發(fā)的軟件，便可將精力放在真正需要開發(fā)的部分，機(jī)器人專家以外的開發(fā)人員也能參與到機(jī)器人軟件的開發(fā)中，這樣便可在機(jī)器人中融入更多創(chuàng)意。
因此，機(jī)器人用開源中間件“ROS”（機(jī)器人操作系統(tǒng)）在最近幾年備受關(guān)注。這是由美國(guó)Willow Garage公司開發(fā)、由Open Source Robotics Foundation（OSRF）維護(hù)和管理的中間件。除ROS以外，現(xiàn)在還有很多機(jī)器人用中間件，比如日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所主導(dǎo)開發(fā)的“OpenRTM”,由日本機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)提出、由ORiN協(xié)議會(huì)維護(hù)管理的“ORiN（Open Robot/Resource interface for the Network）”以及歐洲的“Orocos”、“YARP”等。其中，以歐美為中心迅速贏得了用戶的是ROS?，F(xiàn)在日本一些機(jī)器人廠商也開始推出支持ROS的產(chǎn)品，比如川田工業(yè)、電裝WAVE及川崎重工業(yè)等（圖1、2）。
圖2：電裝WAVE的支持ROS的控制器攝于“2013國(guó)際機(jī)器人展”（11月6～9日）。
社區(qū)的存在促成良性循環(huán)
為何ROS能贏得用戶？采用ROS進(jìn)行機(jī)器人研究的日本東京大學(xué)研究生院信息理工學(xué)系研究科智能機(jī)械信息學(xué)專業(yè)副教授岡田慧解釋說(shuō)：“ROS有小ROS和大ROS。小ROS是作為中間件的ROS（通信庫(kù)以及移動(dòng)、操作、識(shí)別等程序庫(kù)群）。大ROS增加了軟件開發(fā)環(huán)境（工具）和公布并流通開發(fā)軟件的場(chǎng)所（社區(qū)）。提供工具和社區(qū)這一點(diǎn)是ROS最大的特點(diǎn)，是其他機(jī)器人中間件所沒(méi)有的，這一點(diǎn)備受好評(píng)。”
岡田的感想是，“使用ROS前后，世界完全不同”。比如，岡田等人的研發(fā)小組正在開發(fā)能從7樓的研究室到2樓的三明治賣場(chǎng)去購(gòu)買三明治的機(jī)器人。以前還必須開發(fā)讓機(jī)器人從研究室到電梯、從電梯到三明治賣場(chǎng)自主移動(dòng)的軟件。而ROS的社區(qū)已有此類軟件。因此，在自主移動(dòng)方面，只需下載相應(yīng)軟件就可以了。這樣就可以把精力放在電梯識(shí)別、上下電梯的操作、與三明治賣場(chǎng)的營(yíng)業(yè)員交流等原本的研究開發(fā)主題上，從而提高了研究效率。
并且，將開發(fā)出的軟件上傳到社區(qū)，還可供很多人使用。可通過(guò)這種方法來(lái)驗(yàn)證軟件，有時(shí)其他人還會(huì)幫助改進(jìn)。這種社區(qū)的存在會(huì)促成良性循環(huán)，加快機(jī)器人開發(fā)。岡田強(qiáng)調(diào)，ROS的社區(qū)其實(shí)就是機(jī)器人版的“iTunes Store”，其意義深遠(yuǎn)。
日本的機(jī)器人開始支持ROS
當(dāng)然，如果機(jī)器人不支持ROS，就無(wú)法享受這些好處。不過(guò)，現(xiàn)在已有大約40種機(jī)器人支持ROS。并且，日本的機(jī)器人也有支持ROS的產(chǎn)品問(wèn)世。
其中之一是川田工業(yè)的人型機(jī)器人“NEXTAGE”。該公司在2013年11月6～9日舉行的“2013國(guó)際機(jī)器人展”上首次公開了支持ROS的NEXTAGE機(jī)器人“NEXTAGE OPEN”（圖1）。
NEXTAGE是OS采用實(shí)時(shí)OS“QNX”、機(jī)器人用中間件采用“OpenRTM”的機(jī)器人（圖3的左側(cè)）。為了使其支持ROS，川田工業(yè)另外準(zhǔn)備了一臺(tái)OS采用Linux、機(jī)器人用中間件采用ROS的計(jì)算機(jī)，讓兩者進(jìn)行驅(qū)動(dòng)間通信（圖3）。
在機(jī)器人控制器以外，另外準(zhǔn)備了一臺(tái)計(jì)算機(jī)，在其上安裝Linux和ROS，在機(jī)器人控制器與配備ROS的計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行驅(qū)動(dòng)間通信。這樣就可以使用ROS的應(yīng)用軟件（工具及他人開發(fā)的模塊軟件等）了。
比如，使用ROS控制NEXTAGE OPEN動(dòng)作時(shí)，一種方法是，使用作為支持ROS的工具提供的機(jī)器人動(dòng)作生成軟件“MoveIt！”來(lái)指定軌道上的主要點(diǎn)以及目標(biāo)姿態(tài)（各關(guān)節(jié)的角度）（圖4）。機(jī)器人通過(guò)驅(qū)動(dòng)間通信獲取這些點(diǎn)和目標(biāo)姿態(tài)的信息，并在OpenRTM上執(zhí)行在點(diǎn)和點(diǎn)之間順暢插值的平滑命令，同時(shí)利用機(jī)器人控制器驅(qū)動(dòng)機(jī)器人。
圖4：機(jī)器人動(dòng)作生成軟件“MoveIt！”
順便一提，支持ROS的工具方面，有學(xué)習(xí)軟件、將激光測(cè)距傳感器的掃描結(jié)果表現(xiàn)為三維效果的軟件等很多工具。
據(jù)川田工業(yè)介紹，NEXTAGE OPEN將于2014年1月底開始供貨，價(jià)格預(yù)計(jì)為770萬(wàn)日元左右（約46.9萬(wàn)元人民幣），比普通的NEXTAGE貴大約20萬(wàn)日元。
電裝WAVE的垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人“VS-060”也是一款支持ROS的機(jī)器人。該公司也跟川田工業(yè)一樣，另外準(zhǔn)備了一臺(tái)計(jì)算機(jī)，在上面配備了Linux和ROS，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)ROS的支持（圖5）。
另外準(zhǔn)備一臺(tái)計(jì)算機(jī)，在其上安裝Linux和ROS，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)ROS的支持。
據(jù)岡田介紹，采用開源機(jī)器人中間件及其應(yīng)用軟件時(shí)面臨的問(wèn)題之一是沒(méi)有人對(duì)其安全性負(fù)責(zé)。電裝WAVE的VS-060具有在ROS支持部分向機(jī)器人控制器發(fā)送了錯(cuò)誤信號(hào)之后，由機(jī)器人控制器排除錯(cuò)誤等確保安全的功能。安裝兩種OS和兩種機(jī)器人用中間件好像有點(diǎn)多余，不過(guò)這也是為了保留各機(jī)器人廠家以前積累起來(lái)的高可靠性控制器（包括中間件和OS）。
還出現(xiàn)了為采用ROS提供支持的服務(wù)
岡田指出，ROS過(guò)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沒(méi)有支持ROS的機(jī)器人。但是，正如前面所介紹的，現(xiàn)在日本也開始出現(xiàn)支持ROS的機(jī)器人。另外，旨在幫助用戶解決采用ROS時(shí)面臨的諸多問(wèn)題的服務(wù)也即將問(wèn)世。
準(zhǔn)備提供這種服務(wù)的是東京開源機(jī)器人協(xié)會(huì)。該協(xié)會(huì)最晚將于2014年1月底開始招募會(huì)員企業(yè)，將面向會(huì)員企業(yè)提供幫助其解決采用ROS時(shí)面臨的諸多問(wèn)題的服務(wù)。
該協(xié)會(huì)將向機(jī)器人的終端用戶提供（1）ROS安裝服務(wù)；（2）接到咨詢后保證在2個(gè)營(yíng)業(yè)日以內(nèi)答復(fù)的服務(wù)，設(shè)置按照客戶和機(jī)器人分類的、能確認(rèn)服務(wù)內(nèi)容的門戶網(wǎng)站；（3）視頻會(huì)議、遠(yuǎn)程訪問(wèn)及上門服務(wù)。該協(xié)會(huì)代表理事安田恒表示，“雖說(shuō)ROS下載安裝便可使用，但實(shí)際上有的地方很難掌握應(yīng)該如何操作”。因此，該協(xié)會(huì)將提供上述服務(wù)。另外，該協(xié)會(huì)還計(jì)劃向想讓自家機(jī)器人支持ROS的機(jī)器人廠商提供服務(wù)。
