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机器人操作系统国防科技大学杨学军
报告提纲o机器人操作系统的兴起o什么是机器人操作系统o挑战与关键技术
机器人操作系统的兴起o2007年1月,比尔·盖茨在《科学美国人》上撰文预言:机器人即将重复个人电脑崛起的道路,走进千家万户?机器人行业现今面临的挑战,和30年前电脑行业遇到的问题“如出一辙”v流行的应用程序很难在五花八门的装置上运行v在一台机器上使用的编程代码,几乎不可能在另一台机器发挥作用,如果想开发新的产品,通常得从零开始?原因v硬件:标准化工作未开始v软件:没有操作系统o媲美30年前的一篇文章:1977年9月Intel公司创始人罗伯特·诺伊斯撰文预言计算机将走进千家万户我们站在时代的节点:一个崭新的产业即将崛起。——比尔?盖茨
机器人操作系统的兴起o微软的机器人开发平台RDS(RoboticsDeveloperStudio)?目标是开发不同机器人硬件平台的应用程序v与机器人或控制计算机平台的Windows配合?2006年12月推出第一版,最新版本RDS4为2012年3月发布v不开放源代码,但可免费下载?有60家以上的硬件/软件厂商支持或使用该软件开发工具v例如乐高公司
机器人操作系统的兴起o开源的机器人软件项目?开源机器人基金会的ROS?美国的Player/Stage?欧洲的Orocos?欧洲的YARP?日本的OpenRTM-aist?……
机器人操作系统的兴起oROS(RobotOperatingSystem)?起源于2007年Stanford大学AI实验室与Google合作的项目,2008年起由WillowGarage公司维护,2013年起移交开源机器人基金会(OSRF)管理v最初动机是提高代码的可重用率ü构建一个能够整合不同研究成果,实现算法发布、代码重用的机器人软件平台v目前包含了2000多个机器人平台的常用软件包ü涵盖了硬件驱动、模拟仿真、运动规划、运动控制、环境感知等各个方面
机器人操作系统的兴起oROS(RobotOperatingSystem)?正在逐步成为机器人研发领域的事实标准v被大学和研究机构广泛采用ü学术界指定的创新验证平台üDARPA资助的项目和竞赛的平台v已经应用于多种地面/空中/水面/水下无人平台v逐渐向工业领域扩展ü对ABB,Adept,Fanuc,Motoman,UniversalRobots公司的产品提供支持“Sinceversion1.0wasreleasedin2010,ROShasbecomethedefactostandardinroboticssoftware.”——《MITTechnologyReview》,2013
机器人操作系统的兴起“Roboticsisreallyasoftwareproblem.Itisnotahardwareproblem.”——Google架构师、ROS创始人ScottHassan
报告提纲o机器人操作系统的兴起o什么是机器人操作系统o挑战与关键技术
什么是机器人操作系统?o机器人是由程序控制运行的机械装置,能脱离人的直接干预而独立形成判断?三个组成部分v计算机v机械机构v电子设备
什么是机器人操作系统?o我们认为:机器人操作系统是运行在机器人中、管控机器人的软件体系?定义了机器人的功能和特性——软件“定义”机器人o与计算机操作系统存在诸多不同?软件架构?运行机制?功能?人机交互方式?使用
什么是机器人操作系统?o软件架构?纵向看为两层结构:资源管理层、行为管理层
什么是机器人操作系统?o软件架构——资源管理层?管理与控制机器人硬件资源,屏蔽机器人硬件资源的异构性,并以优化的方式实现对硬件资源的使用v处理器、存储器v通信设备、各类传感器、行为部件等外设?管理机器人软件资源,实现软件的部署、运行和协同?管理数据的传输、存储和处理?提供人机交互接口
什么是机器人操作系统?o软件架构——行为管理层?管理与控制机器人的高级认知(例如观察、判断、决策),并将其转化为作用于物理世界的行动v观察v判断v决策v行动
什么是机器人操作系统?o软件架构——横向上的分布式结构?机器人的软硬件模块构成分布式结构v传感器节点ü摄像机、激光扫描测距仪、GPS、惯性测量单元、声呐等v计算存储通信节点ü运行判断、规划决策等算法ü地图、知识库等ü无线通信模块、消息等v控制执行节点ü对机械臂等执行部件的行动控制?多机器人也构成分布式结构v多个异构的机器人节点v后台服务器节点等
什么是机器人操作系统?o软件架构——横向上的分布式结构?一个典型的机器人操作系统案例机器人无线通信服务器机器人
什么是机器人操作系统?o运行机制——执行“观
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