目前，全球機器人市場持續增長，工業機器人市場持續穩定增長，服務機器人市場則呈現快速發展趨勢。伴隨著人工智能技術的逐步成熟，人機協作的不斷深度，機器人產品應用產業不斷拓展，全球機器人行業將迎來新一輪的增長。機器人領域之所以快速增長，有一部分原因是得益于開源開發和機器人操作系統ROS或ROS2的發展。

關于ROS和ROS2的發展狀況，英特爾物聯網軟件技術副總裁Greg Burns和ADLINK物聯網技術總監Joe Speed做了詳細分析。Greg Burns就職于英特爾開源技術中心工作，是OTC（開源技術中心）的軟件架構師，其所在的小組專注于開源開發和開源貢獻。過去多年來，他一直在關注物聯網，尤其是物聯網網絡協議，在大約18個月前，他參與了英特爾的機器人領域。Joe Speed也在該領域從事多年研發工作，包括讓物聯網更加開放、開放標準和開源物聯網。技術貢獻，如MQTT，他讓其成為開放標準并開源，將它們放入車輛和很多其它設備中。過去幾年，他圍繞如何將物聯網應用到人們生活中，以及如何讓人和物交互花費了大量的時間進行研究。他為自動駕駛汽車、自動駕駛員、老年人和殘疾人提供#AccessibleOlli，在眾包、開源自主機動性方面做了很多研究。

ROS建立強大生態系統，ROS2從原型設計邁向部署

不管是開源軟件，還是開源硬件，一經推出在全球都受到開發者的熱捧，這些產品對科技的發展起到了巨大的推動作用。在機器人領域，開源操作系統ROS2如何驅動該領域的增長？Greg表示，“雖然ROS被稱為機器人操作系統，但實際上它并不是像Linux和Windows真正意義上的操作系統。它是一系列設施和通信協議的集合，使用戶更易于整合軟件組件去構建機器人或者機器人系統。并且它取得了巨大的成功。過去十年來，已經圍繞ROS建立了一個龐大的生態系統，并且它使參與機器人研究的人，特別是那些研究人員和在學術領域的人，能夠構建、共享、協作構建機器人所必須的軟件組件。某些情況下，這些軟件組件級別很低，像傳感器、攝像頭等接口。某些情況下，他們有更高級的功能，比如導航或者運動規劃。但事實上，你可以用這些組件構建他們，然后和其它開發者共享，因此這些開發者可以使用它們，而不需要理解他們內部的細節，提高了創新速度，真正讓人們用這些強大的組件構建機器人。”

ROS確實是一個很成功的開源項目、開源生態系統，現在已經建立了龐大的生態系統，在全球估計有十萬名開發者正在使用或熟悉ROS，并且所有擁有機器人經驗的學術界人士都在使用ROS。雖然從多方面來看ROS很成功，但是它只用于研發，在部署中并不經常使用。當涉及到實際構建機器人并將其作為商業產品進行部署時，大部分開發者會轉向專用解決方案。大概五年前或者更早，有人倡議開始構建ROS2。ROS2試圖解決原始ROS中的一些技術缺陷，以及安全、性能等問題，使一些其它基于ROS的部署解決方案變得可行和更實用，當然，那將帶來一個更有效的流程使得ROS不僅用于原型設計而是最終的部署。

對比ROS，ROS2的一個關鍵點是，其選擇在軟件中改變底層協議層，以便可以使用一系列不同的低層協議作為用于軟件組件之間通信的數據總線，用戶可以使用DDS多種實現，因為DDS已經在業界被廣泛部署多年。當然，用戶可以使用自己的開源DDS實現，以及其它方式。ROS2的強大之處在于，它可以讓用戶運行其它替換協議。比如：MQTT，如果條件允許，ROS2甚至可以工作在MQTT之上。

ROS2讓多個機器人彼此通信

機器人原來都是單個工作，彼此之間并不會通信，但是未來會從單個向多個彼此通信的趨勢發展，并且它們占據了和人類同樣的空間。這些集群機器人到底意味著什么？我們如何做才能實現這樣的目標？或許ROS2可以協助我們實現這樣的目標。Joe分析，“關于ROS2，其中一個關鍵點是通信方式，通過它可以在組件之間低延時傳遞信息，可以獲得更高的服務質量，可以讓機器人彼此通信，實現協調。在這些群體行為，當其中一個機器人手持工件，而另一個機器人可以在上面工作。但是對我來說非常有意思的是機器人內部的實際情況，在DDS總線上的所有通信，有視覺、決策 、執行，所有這些資源也可以安全地與其它機器人共享，非常有意思的是，如果你可以讓機器人A借用機器人B的眼睛，機器人C借用機器人A的手臂，通過這種方式即使一個機器人失去了視力，也可以共享周圍群體提供的同樣的能力，我覺得這樣可以做很多事情。并且我看到其他人正在做的例子，即帶視覺功能的自動輪椅，將LIDAR放在天花板上的攝像機中，將其構建到基礎設施中，然后作為機器人可以共享的資源。”

Greg則強調，“機器人在本質上是邊緣計算設備。無論你如何看他，他們都需要很多傳感器。計算機視覺對于我們看機器人技術的演進方式非常重要。我們討論了很多關于自動駕駛汽車的內容。自動化讓機器人技術發生了很大的變化。我們正在從預先編程的相對固定功能的重復操作的機器人，轉向現在變得自主的機器人。并且他們變得自動化后，需要更多計算，還要運行很多相關軟件。隨著軟件的運行，人們對安全和管理的擔心越來越多。如何做軟件升級？像你看到的那樣，它和我們在數據中心擁有相同的能力。因此，毫不夸張地說，機器人基本上是車輪上的數據中心或者帶腿的數據中心。這是一個大的轉折點—曾經的方式發生了巨大的改變—這種改變是被計算機視覺以及所有與之相關的東西，比如：機器學習和目標識別，來驅動的。越來越多的機器人在跑出籠子，從歷史上來看，機器人是遠離人類的。”

機器人個頭很大，能力很強大，移動迅速，也可能很危險。但是，目前正在出現一類新興事物，被稱為人機協作機器人，它們與人類一起工作。它們不再在籠子中。現在，如果你有一個靠近人類的機器人手臂，顯然你必須有強大的傳感器系統，你必須有攝像頭可以探測人類的位置，你必須關心什么是安全至上的操作和保持安全以避免傷害。機器人必須了解環境，了解運行位置。這帶來了很多進行目標識別的機器學習和推理引擎。因此，越來越重要的領域是功能安全，計算機視覺演進，機器學習算法，以及在機器人硬件上高效運行這些算法的能力。與任何運行大量軟件的邊緣計算設備一樣，需要管理軟件升級，管理軟件開發生命周期，以及帶來很多現在在數據中心看到的技術，像集裝箱化，便于管理運行在這些機器人系統上的重要軟件。

隨著聯網設備數量的不斷增加，設備廠商越來越意識到邊緣計算的重要。ADLINK和英特爾多年來一直在邊緣計算和機器視覺系統領域進行合作。對于機器人技術，人們對此做了一些令人吃驚的事情。ADLINK有識別機器人，實際上開發了一個包。Joe解釋，“我們有這種精彩的小工程，這是一款堅固的邊緣計算攝像頭，內置英特爾的計算機…并且這些人已經想出如何把它放到自動化工廠或者建筑工地的現有工業機器人中，并在一個小時之內教會它們手眼協作。”ROS2有很多功能，用戶可以開發新的應用領域，可以做新系統，新機器人，但是對大多數人來說，這些事物正在進入現有系統的現實環境，用戶如何與他們一起工作，ADLINK采用了DDS進行信息傳遞，和其他人一直在致力于如何從DDS橋接到所有傳統工業協議和接口，因此這些公司可以進入并參與工作，與現有系統的現有系列一起使用現有的攝像機。

機器人新應用不斷出現，ROS2功不可沒

ROS2有開源標準、開源信息傳遞的機制，給用戶接口和其他設備連接。所以，就像內置的支持開箱即用的WatsonIoT和ThingWorx，以及Azure物聯網設備網關和AWS物聯網等，以及我們和其他人必須從其它地方橋接，比如OPC UA和Modbus，以及所有其它類型的東西，用戶可以將它們和現有的東西對接。因此，機器人和自動化不必是全新的套件安裝。它可以利用傳感器和已存在的系統。因此，如果用戶想要一個機器人，可以把它當作生產線上的一個單元，上游的東西是什么，下游的東西是什么，對這些東西進行協調，利用所有材料可以作出產品。

用戶應該向ROS工業組織吶喊，因為該組織在精確地研究那個灰色區域。用戶如何使用現有的機器人制造標準，提供最佳的經驗將它們推進到自動化的未來？Greg解釋，“你通常無法替代每個機器人。你必須能夠以漸進和增長方式做到這一點。當我們討論灰色地帶時，我們看到在機器人部署增長的一個重要領域是倉庫。大多數倉庫不是很大。那里有很多這樣的倉庫，并且它們可以受益于增加自動化設備，無論是庫存還是搬運。因此自動化機器人在這種環境中可以充分發揮。并且幾家公司在構建全自動化機器人，它們圍繞倉庫，基于攝像頭和傳感器實時映射，它們可能很快就成為一項有價值的資產，并且能夠執行精簡的有用操作，可以處理倉庫的資料，我們可以期待看到大量的新興產品，不僅是在倉庫中，還有快遞機器人等等。”

從ROS向ROS2升級的實用案例

英特爾的實感攝像頭是一個很好的實例，深度攝像頭對于許多機器人應用場景都非常有用。英特爾提供一個ROS封裝，它封裝了深度相機的功能，讓機器人設計師可以輕松地將其整合到機器人中。隨著技術的不斷發展，現在英特爾正在將其轉移到ROS2上，并轉移到最新的RealSense相機上。同時利用Movidius神經棒做了同樣的事情。用戶現在可以將其作為ROS軟件包的軟件組件整合到現有機器人中，不必了解該神經計算棒工作的任何內部細節，它使每個更容易合并為一個組件。另外，英特爾還在上面添加了一些額外的補丁。ADLINK已采用其中部分組件并開始集成它們。

ADLINK提供的是神經元開發板，它是一個ROS入門套件，并且集成了Greg和他的團隊所做的大部分工作，與英特爾計算機、Movidius、RealSense深度攝像頭一起集成，并完成了所有集成和打包整合。該團隊一直在做一些有趣的產品，包括高速輪式無人機—基本上，改造越野遙控車，以非常高的速度駕駛，但完全自主，并可以和人一起近距離合作。它稱為“跟我來”…它跟在你周圍，如果你走向它，它就撤退，如果你走遠，它再次跟著你。還有一些其它群集行為。因此，當它們在信息總線上共享彼此的遙測數據后，這些機器人彼此了解，協同工作。

關于ROS的重要應用，Jeo表示，“其中一個是波音首席機器人專家Dr. Philip Freeman，在最近的ROS產業活動中，他發表了一些我認為非常有說服力的觀點，相當尖銳。他說，ROS讓我感覺處在1993年Linux的驚人轉折點。對于我們這些90年代早期開始研究開源和操作系統的人來說，這是一個讓人震驚的時刻。你可以感受到力量，你可以看到即將發生什么，可以看到Linux將無處不在，而且這就是動力，這就是現在我們在ROS社區中所感受到的能量。”

歡迎更多開發者參與ROS建設

對于開源系統，需要更多開發者的參與建設，系統才能更加完善，對于ROS也一樣，需要全球的開發者在使用中發現問題、解決問題。可能很多人已經在使用，但是也有很多人不知道如何參與。對于想要參與進來，學習更多內容的聽眾，他們應該如何參與？

Greg介紹，“第一個地方是ros.org，關于ROS2的信息在ros2.org，如果你登陸后，它實際上會將你重新定向到GitHub上的源代碼上，那里有文檔和其它信息。還有教程，以及有很多關于ROS的書籍。還有ROS-Industrial它專注制造機器人并將其遷移到更靈活和更自動化的設備上。ROS-Industrial建立在ROS之上；它不是替代品，而是添加劑，ROS年度聚會于九月中旬在馬德里舉辦。”