В последние годы робототехника перестала быть чем-то из области научной фантастики и превратилась в активно развивающуюся область, где инновации происходят каждый день. В центре многих современных роботов стоит ROS — операционная система для роботов. Но что это такое и почему она так важна?

ROS (Robot Operating System) — это не совсем операционная система в традиционном смысле, как Windows или Linux. Это набор инструментов, библиотек и фреймворков, которые помогают разработчикам создавать и программировать роботов. ROS была разработана, чтобы упростить создание сложных роботизированных систем за счет использования модульной архитектуры, где каждый компонент (узел) может работать независимо, обмениваясь данными с другими компонентами.

ROS был представлен в 2007 году и быстро завоевал популярность среди разработчиков благодаря своей гибкости и открытости. Однако с течением времени стало очевидно, что система нуждается в обновлении для более масштабных и критически важных приложений, таких как автономные автомобили или роботы, которые работают в сложных промышленных условиях.

Так родилась ROS 2, которая начала разрабатываться в 2014 году. Основное отличие ROS 2 от оригинальной версии — это поддержка многопоточности, лучшая работа в реальном времени, а также возможность эффективного взаимодействия между разными устройствами в распределенных системах.

Одним из главных достоинств ROS является его открытость и модульность. Это значит, что каждый может вносить изменения в код, создавать новые библиотеки и делиться своими решениями с сообществом. Благодаря этому разработчики со всего мира создали тысячи пакетов, которые покрывают практически все аспекты робототехники: от управления моторами до сложной навигации.

Еще одна причина популярности ROS — его активное сообщество. Это значит, что если у вас возникнет проблема, вы почти всегда найдете решение или помощь в форумах, репозиториях или документации. Более того, ROS активно используется в академических кругах, что делает его не только мощным инструментом для разработки, но и отличной образовательной платформой.

Пример робота под названием turtlebot управляемый с помощью ROS

Архитектура связи:

• В ROS 1 узлы взаимодействуют через центральный элемент — ROS Master, который отслеживает все подключенные узлы. Это создает зависимость системы от одного компонента, и при сбое мастера работа всей системы нарушается.
• В ROS 2 система децентрализована благодаря использованию DDS (Data Distribution Service). Это делает систему более гибкой и устойчивой к сбоям, так как узлы могут общаться напрямую без необходимости в центральном мастере.

Реализация многопоточности и поддержка реального времени:

• В ROS 1 многопоточность реализована на базовом уровне, что ограничивает работу с задачами реального времени.
• В ROS 2 была добавлена поддержка задач реального времени и улучшена многопоточность, что делает систему более производительной и подходящей для сложных приложений, таких как автономные автомобили или промышленные роботы.

Кроссплатформенность:

• ROS 1 изначально разрабатывался только для Linux, хотя существуют частичные реализации для Windows и macOS.
• ROS 2 был спроектирован с учетом поддержки сразу нескольких операционных систем, включая Linux, Windows и macOS, что расширяет возможности его применения в разных средах.

Безопасность:

• ROS 1 изначально не учитывал требования безопасности. Для систем, работающих в условиях, где важна защищённость данных, приходилось внедрять дополнительные решения.
• ROS 2 изначально проектировался с поддержкой безопасности, включая шифрование данных, аутентификацию и управление доступом, что делает его более подходящим для современных критически важных систем.

Эти улучшения делают ROS 2 более подходящим для работы с роботами в масштабных проектах и при высоких требованиях к надежности и безопасности.

Версии ROS 2 с долгосрочной поддержкой (LTS) — это наиболее стабильные и проверенные версии, которые получают обновления безопасности и исправления багов в течение нескольких лет. На сегодня самая последняя версия это Jazzy Jalisco, но большинство пакетов стабильно работают под более ранние версии Foxy Fitzroy и Humble Hawksbill, рекомендую их для своих проектов