利用ROS和Web，讓機器人更智能

機器人要實(shí)現智能化，除了需要豐富的AI算法，還需要強大的操作系統支持——ROS就是這樣一款非常受歡迎的機器人系統。

隨著(zhù)AI的發(fā)展，機器人必然變得越來(lái)越智能。然而要實(shí)現智能化，除了需要豐富的AI算法外，還需要強大的操作系統支持——ROS就是這樣一款非常受歡迎的機器人系統。ROS目前已經(jīng)建立了龐大的生態(tài)系統，其參與者包括來(lái)自全球機器人行業(yè)的眾多開(kāi)發(fā)者，而英特爾開(kāi)源技術(shù)中心(OTC)的Web團隊也是其中重要一員。他們在客戶(hù)端、 edge、云、IoT、W3C標準、機器人技術(shù)等領(lǐng)域開(kāi)發(fā)及應用web技術(shù)，致力于保持web開(kāi)放、安全、特性豐富且性能強大。

對于機器人設計廠(chǎng)商來(lái)講，他們在極力尋求更好的軟硬件解決方案，所以有人自然想到將ROS和Web相結合從而得到更好的機器人解決方案?；蛟S有人會(huì )問(wèn)：為什么要在機器人技術(shù)中使用Node.js 和Web?它們各自有什么特點(diǎn)?先看Node.js，其具有高性能 (JIT)特性，性能高于Python語(yǔ)言，從而使系統在同一機器人硬件平臺上可實(shí)現更多功能;另外，Node.js擁有強大的生態(tài)系統和社區支持，是Github*上最流行的語(yǔ)言，而且擁有世界上最大的包分發(fā)系統——npm。Node.js設計時(shí)易于部署和調試，適合應用于web 界面。再看Web技術(shù)，它是遠程控制和儀表板的最佳選擇，可以進(jìn)行狀態(tài)檢查、運動(dòng)控制、姿勢可視化、視頻流等工作，而且可以在任何瀏覽器里運行，易于嵌入，擁有海量資源。

基于兩者各自的優(yōu)勢，工程師要考慮的是如何將web引入到ROS中?首先，RWT* 已經(jīng)將ROS 1.0 APIs 在web中暴露，但在2017年年中之前還沒(méi)有針對ROS 2.0的解決方案，因此OTC的Web團隊開(kāi)發(fā)了一套新模塊應用于ROS 2.0。當然我們還需要考慮這是不是在web中暴露ROS API 的最佳方式呢? 比如：服務(wù);另一種做法是Node.js web 服務(wù)器，就是在務(wù)器中暴露ROS API，這種方式靈活而有效，web頁(yè)面中只保留業(yè)務(wù)邏輯(RaaS)。其實(shí)工程師也不必害怕，因為web服務(wù)器在 Node.js中只不過(guò)需要幾行代碼，并且前端和后端具有同樣的技術(shù)棧，因此更易于調試。

ROS2.0路線(xiàn)圖

我們目前取得的兩個(gè)成果是GitHub RWT 的兩個(gè)軟件包，其中一個(gè)是rclnodejs (github repo)，它是一個(gè)ROS 2.0的Node.js 客戶(hù)端，它可以提供快速、便捷而強大的ROS 2.0的JavaScript接口;另一個(gè)是ros2-web-bridge (github repo)，能夠實(shí)現在web頁(yè)面中調用ROS 2.0 API ，且與 roslibjs*兼容。下面我們來(lái)看看這兩個(gè)模塊各自的工作原理。

如上圖所示，其展示了rclnodejs軟件架構設計，其原則是對rcl層薄封裝，從而快速而輕松地適應變化。軟件接口采用事件驅動(dòng)和非阻塞(Promise/Event)模式 ，使得程序可以擁有高并發(fā)特性;另外包本身無(wú)需重新編譯即可使用新的ROS消息，一切都在運行過(guò)程中處理。如此一來(lái)，用戶(hù)就能夠輕松、有效地編寫(xiě) ROS 應用。

如上圖所示，展示ros2-web-bridge 是如何將ROS 2.0引入到瀏覽器中。其與ROS 1.0 bridge (rosbridge_suite)現有的JSON消息協(xié)議 兼容，從而現有的 Web Tools 可以直接使用，例如 ：2D/3D 可視化。保持開(kāi)發(fā)的快速簡(jiǎn)單，用戶(hù)友好的調試。如此一來(lái)，RWT ROS 1.0組件便可與 ROS 2.0透明兼容。

除了Node.js，C++ 和 Python也是ROS開(kāi)發(fā)中常用的兩種語(yǔ)言，我們不妨將三者進(jìn)行性能對比：發(fā)布一條ROS消息，測量所用的時(shí)間和內存。當運行次數增加時(shí)，趨勢趨于穩定，其它類(lèi)型的測試中也能觀(guān)察到同樣的趨勢，兩種趨勢都與語(yǔ)言常識相符?？梢钥闯?，Node.js 的速度2倍于Python，但是在運行時(shí)會(huì )消耗更多內存。

在Turtlebot* 3 + ROS 2.0應用案例中，采用了Intel® RealSense™ 相機和Intel Atom®的Up Board* ，用一個(gè)web應用作為遠程控制，可以看出roslibjs + ros2-web-bridge易于創(chuàng )建強大的UI，可運行于任何瀏覽器中，其源代碼在github上，ROS 2.0 的消息類(lèi)型是geometry_msgs/msg/Twist。

在機器人領(lǐng)域，英特爾還做出了很多其它貢獻，包括推出面向ROS 2.0的AI/ML/CV軟件;通過(guò)Movidius NCS提供專(zhuān)用 AI 硬件;用RealSense深度相機，以3D的方式感知世界;采用改進(jìn)的ROS MoveIt*實(shí)現更佳的操縱;以及對ROS 2.0 導航的重新設計。我們相信隨著(zhù)硬件和軟件的不斷發(fā)展，機器人會(huì )變得越來(lái)越智能。

最后，記得關(guān)注微信公眾號：鎂客網(wǎng)（im2maker），更多干貨在等你！