Публикация была переведена автоматически. Исходный язык: Казахский
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
Соңғы жылдары робототехника ғылыми фантастика саласындағы бір нәрсе болуды тоқтатты және инновация күн сайын болатын белсенді дамып келе жатқан салаға айналды. Көптеген заманауи роботтардың ортасында ROS — роботтардың операциялық жүйесі орналасқан. Бірақ бұл не және ол неге соншалықты маңызды?
ROS (Robot Operating System) — бұл Windows немесе Linux сияқты дәстүрлі мағынада Операциялық жүйе емес. Бұл әзірлеушілерге роботтарды құруға және бағдарламалауға көмектесетін құралдар, кітапханалар мен құрылымдар жиынтығы. ROS модульдік архитектураны қолдану арқылы күрделі роботтық жүйелерді құруды жеңілдету үшін жасалған, мұнда әрбір компонент (түйін) басқа компоненттермен байланысу арқылы дербес жұмыс істей алады.
ROS 2007 жылы енгізілді және икемділігі мен ашықтығы арқасында әзірлеушілер арасында тез танымал болды. Алайда, уақыт өте келе, күрделі өндірістік жағдайларда жұмыс істейтін автономды автомобильдер немесе роботтар сияқты үлкен және маңызды қосымшалар үшін жүйені жаңарту қажет екендігі белгілі болды.
Осылайша ROS 2 дүниеге келді, ол 2014 жылы дами бастады. ROS 2-дің түпнұсқа нұсқасынан басты айырмашылығы-бұл көп ағынды қолдау, Нақты уақыттағы ең жақсы жұмыс, сонымен қатар таратылған жүйелердегі әртүрлі құрылғылар арасындағы тиімді өзара әрекеттесу мүмкіндігі.
ROS-тың басты артықшылықтарының бірі-оның ашықтығы мен модульділігі. Бұл дегеніміз, әркім кодқа өзгертулер енгізе алады, жаңа кітапханалар құра алады және өз шешімдерін қоғамдастықпен бөлісе алады. Осының арқасында әлемнің түкпір-түкпірінен әзірлеушілер робототехниканың барлық дерлік аспектілерін қамтитын мыңдаған пакеттерді жасады: моторды басқарудан бастап күрделі навигацияға дейін.
ROS — тың танымал болуының тағы бір себебі-оның белсенді қауымдастығы. Бұл дегеніміз, егер сізде проблема туындаса, сіз әрқашан форумдарда, репозиторийлерде немесе құжаттамада шешім немесе көмек таба аласыз. Сонымен қатар, ROS академияда белсенді қолданылады, бұл оны дамытудың қуатты құралы ғана емес, сонымен қатар керемет білім беру платформасы етеді.
ROS көмегімен басқарылатын turtlebot деп аталатын роботтың мысалы
Байланыс архитектурасы:
- ROS 1-де түйіндер барлық қосылған түйіндерді бақылайтын орталық-ROS Master арқылы өзара әрекеттеседі. Бұл жүйенің бір компонентке тәуелділігін тудырады және шебер істен шыққан кезде бүкіл жүйенің жұмысы бұзылады.
- The ROS 2 жүйе DDS (Data Distribution Service) қолдану арқылы орталықтандырылмаған. Бұл жүйені икемді және сәтсіздікке төзімді етеді, өйткені түйіндер орталық шеберді қажет етпестен тікелей байланыса алады.
Көп ағынды енгізу және нақты уақытты қолдау:
- ROS 1-де көп ағынды негізгі деңгейде жүзеге асырылады, бұл нақты уақыттағы тапсырмалармен жұмыс істеуді шектейді.
- ROS 2 Нақты уақыттағы тапсырмаларды қолдауды қосты және көп ағынды жақсартты, бұл жүйені өнімдірек етеді және автономды автомобильдер немесе өнеркәсіптік роботтар сияқты күрделі қосымшаларға қолайлы етеді.
Кросс-платформа:
- ROS 1 бастапқыда тек Linux үшін жасалған, дегенмен Windows және macOS үшін ішінара іске асырулар бар.
- ROS 2 бірден бірнеше операциялық жүйелерді, соның ішінде Linux, Windows және macOS-ты қолдауды ескере отырып жасалған, бұл оны әр түрлі ортада қолдану мүмкіндіктерін кеңейтеді.
Қауіпсіздік:
- ROS 1 бастапқыда қауіпсіздік талаптарын ескермеді. Деректерді қорғау маңызды жағдайларда жұмыс істейтін жүйелер үшін қосымша шешімдерді енгізу қажет болды.
- ROS 2 бастапқыда деректерді шифрлауды, аутентификацияны және кіруді басқаруды қоса алғанда, қауіпсіздікті қолдайтын етіп жасалған, бұл оны қазіргі заманғы маңызды жүйелерге қолайлы етеді.
Бұл жақсартулар ROS 2-ді ауқымды жобаларда және сенімділік пен қауіпсіздіктің жоғары талаптарында роботтармен жұмыс істеуге ыңғайлы етеді.
Ұзақ мерзімді Қолдау ROS 2 (LTS) нұсқалары бірнеше жыл ішінде қауіпсіздік жаңартулары мен қателерді түзететін ең тұрақты және дәлелденген нұсқалар болып табылады. Бүгінгі таңда ең соңғы нұсқасы-Jazzy Jalisco, бірақ пакеттердің көпшілігі Foxy Fitzroy және Humble hawksbill-дің бұрынғы нұсқаларында тұрақты жұмыс істейді, мен оларды өз жобаларыма ұсынамын
Share
