机器人操作系统演进与产业应用息息相关

自1961年发明家GeorgeDevol将第一台工业机器人Unimate出售给通用汽车(GM)以来的数十年间，机器人操作系统(OS)有了飞跃式的进步；以创造者所工作的制造领域为起点，它们后来变成学界的关注焦点，然后又回归工业界。

“在过去，有一段时间在操作系统技术领域有深入且活跃的研究；”美国俄亥俄州立大学(TheOhioStateUniversity，OSU)工程学院院长AyannaHoward接受《EETimes》采访时表示：“但我会说，大多数人现在认为更困难的问题已经解决，这也是为什么会有更多的专有OS，因为就是要针对特定应用让它更好、更快。”

AyannaHoward(右二)是美国俄亥俄州立大学工程学院院长。(来源：OSU)

Howard指出，那些关于OS──特别是对机器人系统的支援──的更困难问题，部分与数据、以及指令被处理的应用有关，包括平行处理、将数据从RAM传送到微处理器，以及处理来自传感器数据的各种各样芯片上运算等等。

OS专有化趋势

为特定应用开发专有操作系统的厂商，包括工业自动化暨电子零组件供应商欧姆龙(Omron)；该公司机器人暨安全技术部门首席软件工程师LukeBroyer对《EETimes》表示：“我们在所有操作系统中大量使用Linux。”

LukeBroyer，Omron机器人暨安全技术部门首席软件工程师(来源：Omron)

来自Broyer及其团队的一部份OS软件，是为Omron的自主移动机器人(AMR)所开发；该公司AMR的硬体包括一台x86电脑，负责高端路径规划，以及一般自主功能。该机器人也配备了微控制器(MCU)，支援更需要即时回馈的必备功能，像是与放大器、取得回馈还有进行几何运算。

电脑与微处理器透过不同的通信方法沟通，包括序列通信，以及MQTT协议，但Broyer表示他们打算改用DDS协议──这是一种特别适合生产品质数据的中介软件标准。

“DDS更适合控制，以及时序(timing)相关的东西，“他解释：”这也是我们想转换的原因，那将会很强大，能让我们所有的传感器将数据馈入汇流排，而且如果有人想看那些数据，都能够读取…我们不需要个别发送。“

Broyer指出，Omron以往习惯在AMR的MCU采用即时操作系统(RTOS)，但对于他们的目的来说并非必须：“因此，我们转向一些更强大的Arm处理器，让我们可以利用名为Yocto的工具打造自己的定制化Linux变体。“

Arm处理器是一个以精简指令集电脑架构为基础的CPU系列；利用Yocto，Omron可以只用需要的一部份Linux，并因此保留AMR的处理能量在需要的地方。

另一个专有OS则是在DustyRobotics的建筑布局绘图机器人上执勤；一开始该公司是使用被称为ROS(RobotOperatingSystem)的开放源码中介软件。

“让我们很惊讶的是，很多机器人公司都爱ROS，它几乎无所不在；”DustyRoboticsTessaLau接受《EETimes》采访时表示：“我们放弃它是一个非常具争议性的决定，因为我们有点是逆势而行。”

TessaLau，DustyRobotics首席执行官(来源:DustyRobotics)

让全世界的机器人运作

全球科技情报公司ABIResearch策略性技术副总裁MalikSaadi接受《EETimes》采访时表示，有超过740家公司采用以ROS为基础的机器人，“包括老牌厂商如BearRobotics、Canvas、ClearpathRobotics、FetchRobotics、Gideon、JohnDeere、LocusRobotics、MiR、Ocado与VecnaRobotics。”

他进一步指出：“最近几年，像是Amazon、Google、Microsoft等大公司，也开始对系统业务显露兴趣，并展示对ROS的支援；这些趋势让ABIResearch认为，到2030年，全球将有四分之三的商用机器人将内含某种形式的ROS套件。”

ROS在2017年被更新到ROS2，更新版本是每年发布。产业组织ROS-Industrial(ROS-I)将ROS的功能延伸到制造领域，并在2012年在GitHub上发表。

Lau并未对Saadi的看法──即ROS的强大──提出异议，但她们家的机器人就是不需要ROS。她指出，ROS源自于美国史丹佛大学(StanfordUniversity)，以及机器人公司WillowGarage，很适合原型制作与研发。

“但当你要打造一款产品，就像Dusty，我们的产品如同一辆车子；”Lau形容：“若运转不顺利，你不能发动车子而得重开机，或者你也不会想烦恼得花多少时间才能初始化操作系统。这些都是ROS的本质。”

DustyRobotics在建筑工地现场印制布局图。(来源：DustyRobotics)

Lau和她的团队已经完成以自有定制化软件堆叠取代ROS的工作；“我们的机器人只做一件事情：它就是一台印表机。当你开启印表机并预期它会开始列印，其实有95%的ROS功能都用不到，但那些东西还是会被加载到你的系统，占据存储器空间，拖慢整体运作。”

ROS真的是ROS吗？

Lau所言并未触及ROS具争议性的本质，有一篇概述该开放源码软件的论文指出，ROS其实“在传统概念上”并非机器人OS；而ROS-I美洲专案经理MattRobinson也这样认为。

Robinson接受《EETimes》采访时表示：“那是一个让不同部份零件能够非同步互动、以实现某些目标动作──像是拾取物品，或是在我们的案例中通常是喷涂、打磨或焊接──的中介软件框架。”

他指出，在Linux之上，ROS-I能协助机器人实现分析、工具路径规划、碰撞检查等任务；ROS的随插即用本质以及无所不在，已经为程式设计师建立了一些既有标准。

“一开始，ROS在介接不同传感器方面具备价值；”先进制造机器人(AdvancedRoboticsforManufacturing，ARM)研究所工程总监LarrySweet对《EETimes》表示，“也因为如此，每一位系统整合者不用一次次重复编写介面程式码。”

Lau总结她的观点：“在一般机器人中，会有硬件，有Linux操作系统，而在那之上则有ROS；所以你可以将之视为操作系统的一部分，那也是它为何被叫做‘机器人操作系统’；而你也能把它看成是在Linux操作系统之上的中介软件，就像你可以把番茄(Tomato)叫成‘toh-mah-toh’那样。”

(参考原文：Robot Operating System Advances Left Up to Industry，byIleneWolff)