ROS(Robot Operating System）是一個機器人軟件平臺，它能為異質(zhì)計算機集群提供類似操作系統(tǒng)的功能。

隨著機器人領(lǐng)域的快速發(fā)展和復(fù)雜化，代碼的復(fù)用性和模塊化的需求原來越強烈，而已有的開源機器人系統(tǒng)又不能很好的適應(yīng)需求。未來技術(shù)人員希望形成一種機制，令機器人的開發(fā)代碼、數(shù)據(jù)、算法和硬件設(shè)計能夠在web上很方便的共享。在此背景，以ROS為代表的開源系統(tǒng)應(yīng)運而生。

耳目一新的系統(tǒng)

ROS(全稱：Robot Operating System，機器人操作系統(tǒng))目前主要依附于Ubantu平臺，現(xiàn)在由于Google的強勢介入，它也可依附于Android平臺上，甚至是在iOS系統(tǒng)上也能夠運行?，F(xiàn)是對其支持較好的還是Ubantu系統(tǒng)。

ROS是開源的、以提高代碼復(fù)用率和開發(fā)效率的機器人操作系統(tǒng)，在全世界范圍內(nèi)，特別是在一些研發(fā)機構(gòu)和研究型的企業(yè)里，它已漸逐普及開來。它提供類似操作系統(tǒng)所提供的功能。包括硬件的抽象描述、底層的驅(qū)動程序管理、共用功能的執(zhí)行、程度間的信息傳遞、程序發(fā)行包的管理、也提供一些工具程序和庫，用于獲取、建立、編寫和運行多機整合的程序。

ROS的首要設(shè)計目標(biāo)是在機器人研發(fā)領(lǐng)域提高代碼復(fù)用率。ROS是一種分布式處理框架(又名Nodes)。這使可執(zhí)行文件能被單獨設(shè)計，并且在運行時松散耦合。這些過程可以封裝到數(shù)據(jù)包(Packages)和堆棧(Stacks)中，以便于共享和分發(fā)。ROS還支持代碼庫的聯(lián)合系統(tǒng)。使得協(xié)作亦能被分發(fā)。這種從文件系統(tǒng)級別到社區(qū)一級的設(shè)計令獨立地決定發(fā)展和實施工作成為可能。上述所有功能都能由ROS的基礎(chǔ)工具實現(xiàn)。

突出的特點

ROS具有以下4個典型要素。

首先，它是多節(jié)點、模塊化、分布式的設(shè)計。這個特點與現(xiàn)在的Linux、Android等系統(tǒng)是很類似的。一個使用ROS的系統(tǒng)包括一系列進(jìn)程，這些進(jìn)程存在于多個不同的主機并且在運行過程中通過端對端的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)系。雖然基于中心服務(wù)器的那些軟件框架也可以實現(xiàn)多進(jìn)程和多主機的優(yōu)勢，但是在這些框架中，當(dāng)各電腦通過不同的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接時，中心數(shù)據(jù)服務(wù)器就會發(fā)生問題。ROS的點對點設(shè)計以及服務(wù)和節(jié)點管理器等機制可以分散由計算機視覺和語音識別等功能帶來的實時計算壓力，能夠適應(yīng)多機器人遇到的挑戰(zhàn)。

其次，它有豐富的工具包、仿真環(huán)境。為了管理復(fù)雜的ROS軟件框架，我們利用了大量的小工具去編譯和運行多種多樣的ROS組建，從而設(shè)計成了內(nèi)核，而不是構(gòu)建一個龐大的開發(fā)和運行環(huán)境。

這些工具擔(dān)任了各種各樣的任務(wù)，例如，組織源代碼的結(jié)構(gòu)，獲取和設(shè)置配置參數(shù)，形象化端對端的拓?fù)溥B接，測量頻帶使用寬度，生動的描繪信息數(shù)據(jù)，自動生成文檔等等。盡管我們已經(jīng)測試通過像全局時鐘和控制器模塊的記錄器的核心服務(wù)，但是我們還是希望能把所有的代碼模塊化。我們相信在效率上的損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)是穩(wěn)定性和管理的復(fù)雜性上無法彌補的。

再次，它涉及機器人領(lǐng)域的方方面面，可以實現(xiàn)各項功能。ROS利用了很多現(xiàn)在已經(jīng)存在的開源項目的代碼，比如說從Player項目中借鑒了驅(qū)動、運動控制和仿真方面的代碼，從OpenCV中借鑒了視覺算法方面的代碼，從OpenRAVE借鑒了規(guī)劃算法的內(nèi)容，還有很多其他的項目。在每一個實例中，ROS都用來顯示多種多樣的配置選項以及和各軟件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，也同時對它們進(jìn)行微小的包裝和改動。ROS可以不斷的從社區(qū)維護(hù)中進(jìn)行升級，包括從其他的軟件庫、應(yīng)用補丁中升級ROS的源代碼。

最后，它有強大的軟件倉庫支持平臺，有一個名為Ecosystem的ROS社區(qū)，可以為它提供各種各樣的開源、免費的資源，同時，研究機構(gòu)的新成果也可以上傳至那里，廣泛地普及開來。

云機器人平臺上的新應(yīng)用

下面以南開大學(xué)最新研制的NK云機器人平臺為例，簡要說明ROS在云機器人中的應(yīng)用情況。

NK云機器人平臺其中之一是家庭服務(wù)機器人模塊化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)及測試規(guī)范，雖然簡稱為“家庭服務(wù)機器人”，但是它真正的目標(biāo)應(yīng)用是在先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域。

這種云機器人將使機器人大幅度區(qū)服務(wù)中心的瘦身，機器人本體成為智能執(zhí)行端。NK云機器人體現(xiàn)了機器人技術(shù)集成創(chuàng)新的本質(zhì)屬性。它的優(yōu)勢包括：利用大數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)帶來的變革；將復(fù)雜計算上傳到云端執(zhí)行;機器人間、機器人與所處環(huán)境間信息和資源共享；促成開發(fā)者共享開源代碼與使用者共享應(yīng)用級代碼。

基于上述優(yōu)勢，NK云機器人各功能具有以下幾個特點：云端社區(qū)——獲取更大云端資源支持，共享經(jīng)驗、知識;傳感網(wǎng)絡(luò)——溫度、濕度、煙霧及云臺相機等非機載傳感器組成ZigBee網(wǎng)絡(luò);信息中心——資源管理與調(diào)度、存儲功能、計算功能;機器人本體——響應(yīng)用戶請求，執(zhí)行家庭服務(wù)任務(wù)。

在NK云機器人——家庭服務(wù)機器人系統(tǒng)中，ROS體系的結(jié)構(gòu)是這樣的，分為：Linux—家庭信息中心;服務(wù)器端有ROS體系與外部網(wǎng)絡(luò)接口;而分布式系統(tǒng)(即機器人系統(tǒng))上，有操作臂控制單元、導(dǎo)航單元、機載傳感器單元——這些都分裝在ROS的各個節(jié)點之中;最底端是ROS節(jié)點管理器。

通過這一套機制，就把ROS技術(shù)很好地應(yīng)用在家庭服務(wù)機器人系統(tǒng)設(shè)計中。

有一點需要指及，國內(nèi)目前尚未有ROS資源站點，現(xiàn)在只能從美國、歐洲資源站下載。北京航天航空大學(xué)、南開大學(xué)等單位都在從事這方面的工作，希望不久將來我國也有ROS資源站點，貢獻(xiàn)于這個大平臺上。