ROS是什么？它有哪些优缺点？

如今，機器人已成為當下研究的熱門，想要完成一個機器人的開發(fā)會涉及到機械、電子、通訊、軟件等諸多學科，作為一個系統(tǒng)性的工程，必然需要花費大量時間，僅靠一人或一個團隊之力去造出一個機器人顯然是不科學的。因此，隨著技術的進步，機器人產業(yè)分工開始走向細致化、多層次化。如今的底盤、激光雷達、電機、攝像頭等等元器件都有不同企業(yè)專供，社會分工加速了機器人行業(yè)的發(fā)展。

隨著機器人的快速發(fā)展及復雜化，代碼復用性需求也越來越強烈，也因此誕生了很多開源機器人系統(tǒng)，ROS（Robot Operating System）就是其中之一。ROS是專為機器人軟件開發(fā)所設計出來的一套電腦操作系統(tǒng)架構。它是一個開源的元級操作系統(tǒng)（后操作系統(tǒng)），提供類似于操作系統(tǒng)的服務，包括硬件抽象描述、底層驅動程序管理、共用功能的執(zhí)行、程序間消息傳遞、程序發(fā)行包管理，它也提供一些工具和庫用于獲取、建立、編寫和執(zhí)行多機融合的程序。

ROS最初起源于2007年斯坦福大學的人工智能實驗室項目與機器人技術公司Willow Garage的個人機器人項目之間的合作，該項目組創(chuàng)建了靈活的、動態(tài)的軟件系統(tǒng)的原型，用于機器人技術。提供了大量資源進一步擴展了這些概念，經過具體的研究測試實現之后，無數的研究人員將他們的專業(yè)性研究貢獻到ROS核心概念和其基礎軟件包，這期間積累了眾多的科學研究成果。ROS軟件的開發(fā)自始至終采用開放的BSD協議，在機器人技術研究領域逐漸成為一個被廣泛使用的平臺。

對于大多企業(yè)來說，利用ROS進行機器人開發(fā)，是想實現機器人的導航、定位與路徑規(guī)劃。自ROS的面世，開發(fā)者可以少走很多彎路，也大大降低了機器人領域的開發(fā)門檻，他們可以利用ROS的基礎框架配合選定的功能包快速實現系統(tǒng)原型，從而讓開發(fā)人員將重心集中于核心算法研究上，當然用戶也可以單獨選用某些功能包，將其集成在已有的產品中，實現特定功能。當然在借助ROS來實現機器人的定位導航，除了擁有一定優(yōu)點外，也存在一些不足之處。

ROS的優(yōu)點

ROS的設計者考慮到各開發(fā)者使用的開發(fā)語言不同，因此ROS的開發(fā)語言獨立。因此，除了官方提供的功能包之外，ROS還聚合了全世界開發(fā)者實現的大量開源功能包，如思嵐科技(SLAMTEC)就發(fā)布了針對其自主研發(fā)的激光雷達RPLIDAR的ROS功能包RPLIDAR_ROS。這些開源功能包與 ROS一起構成了強大的開源生態(tài)環(huán)境。

ROS的系統(tǒng)結構設計也頗有特色，ROS運行時是由多個松耦合的進程組成，每個進程ROS稱之為節(jié)點(Node)，所有節(jié)點可以運行在一個處理器上，也可以分布式運行在多個處理器上。在實際使用時，這種松耦合的結構設計可以讓開發(fā)者根據機器人所需功能靈活添加各個功能模塊。

ROS的不足

除了以上優(yōu)點外，ROS也存在一定的不足之處，比如，ROS因為將功能分布在各個節(jié)點之中，節(jié)點間基于消息機制通信，通訊部分消耗了很多系統(tǒng)資源。尤其是當所有節(jié)點位于同一個處理器時，ROS仍然一直執(zhí)行相應的消息分發(fā)，節(jié)點間的數據傳遞通過內存復制，大量的系統(tǒng)資源都浪費在通訊上，使得系統(tǒng)必須選用高性能的處理器和存儲系統(tǒng)以彌補損耗。換句話說，利用ROS來實現SLAM，需要配備性能優(yōu)越的硬件設備，這對于一些小型化嵌入式平臺，尤其是實際的機器人產品里，其對計算資源、存儲空間的消耗會使成本大幅上升。

除了ROS本身系統(tǒng)設計的局限性外，利用ROS實現SLAM需要深入的調整優(yōu)化，耗費大量人力與時間成本。更為重要的是，針對具體的機器人產品，如掃地機器人，還需要獨特的貼邊清掃、折回清掃、多房間自主導航等功能，目前已有的ROS系統(tǒng)，只能實現簡單的建圖，無法滿足掃地機器人的實際需要。

除了ROS，在機器人商用化道路上，很多技術企業(yè)針對機器人定位導航也開發(fā)了對應的產品，思嵐科技的SLAMWARE模塊化定位導航方案就是其中之一，將SLAM算法、導航、定位等功能集成在一個體積很小的模塊，并且提供了多平臺的SDK方便用戶使用。針對掃地機器人等具體領域應用，思嵐科技也提供完整的解決方案，整合了其特有的貼邊清掃、往復式打掃、區(qū)域劃分、斷點續(xù)掃、自動回充等功能，方便掃地機器人廠家進行整合，不需要進行二次開發(fā)。

ROS的出現加快了機器人產品原型設計及算法驗證，為機器人研發(fā)提供了標準化的框架。但要做到真正的穩(wěn)定可靠性，選擇已有的成熟解決方案可以大大降低研發(fā)成本，快速獲得產品原型，搶占市場先機。