ROS介紹--歷史與現狀

• 1 資料
• 2 讀后整理
• • 2.1 此岸與彼岸
  • 2.2 柳樹街68號
  • 2.3 機器人畢業舞會，PR2的締造者，ROS的起源，ROS被OSRF托管，ROS開發者大會
  • 2.4 ROS烏龜的起源，烏龜機器人，烏龜設計師，ROS的名字和烏龜幫，ROS第一只烏龜
  • 2.5 ROS導航與hiDOF，ROS之可視化rviz
  • 2.6 ROS阿C龜-諾亞方龜，ROS之物體操控manipulation
  • 2.7 ROS飛天金剛龜與視覺傳感器
  • 2.8 ROS之OpenCV，ROS之KDL
  • 2.9 ROS烏龜幫，ROS與Windows，ROS之Gazebo，ROS之編譯系統，ROS之皆大歡喜（Player與Stage），ROS驅動DARPA挑戰賽，ROS之MoveIt!
  • 2.10 TurtleBot的故事，TurtleBot背后的女人，TurtleBot背后的男人，TurtleBot的演變，ROS之IPI，秘密項目PlatformBot愛與恨，從非盈利組織OSRF到企業化的OSRC，實習生計劃，柳樹車庫系繁花盛葉
• 3 總結

1 資料

（1）本文資料主要來自《ROS史話36篇》，在古月居連載，這篇文章很好地梳理了ROS乃至機器人產業的發展歷史，可以讓我們很快了解到ROS和機器人發展的方方面面，包括技術，商業場景等等。
（2）ROS史話36篇：https://www.guyuehome.com/Blog/index/_cate/ros-history/category/13/p/2

2 讀后整理

2.1 此岸與彼岸

（1）主要介紹美國東西海岸研究機器人的幾個重點大學。文中提到了斯坦福和硅谷，就是下面這片地方。

（2）文中特別提到了世界知名的賓夕法尼亞大學機器人實驗室（GRASP：General Robotics, Automation, Sensing and Perception）負責人維杰·古瑪（Vijay Kumar）在 TED 的演講，這里是視頻鏈接：https://www.ted.com/talks/vijay_kumar_robots_that_fly_and_cooperate

2.2 柳樹街68號

（1）硅谷有個柳樹路（Willow Road），有很多知名公司，而ROS就起源于柳樹街68號的“柳樹車庫”公司。這個公司致力于研發個人服務機器人，而不是傳統的工業機器臂，ros就從這里走出來。其實這地方不是車庫，是個別墅，但老外喜歡車庫創業，改變世界的故事，比如惠普。

2.3 機器人畢業舞會，PR2的締造者，ROS的起源，ROS被OSRF托管，ROS開發者大會

（1）2010年5月26日，柳樹車庫研發了一個機器人叫PR2（Personal Robot，個人機器人2代），并把他們送給了全世界11個機器人研究單位。

（2）ROS是PR2項目其中的軟件部分，柳樹一開始就準備把ros做成開源的，2010年，柳樹正式推出ROS1.0。

（3）ROS最初的理念，在論文《ROS: An Open-Source Robot Operating System》中進行了表述：
ROS is not an operating system in the traditional sense of process management and scheduling; rather, it provides a structured communications layer above the host operating systems of a heterogenous compute cluster. （譯文：ROS不是傳統意義上的操作系統，不是用于進程管理和調度，而是構建在其它操作系統之上的一種結構化的通訊層。）
（4）經過幾年發展，柳樹一時半會找不到盈利點，因此，2012年柳樹車庫成立了開源機器人基金會（OpenSource Robotics Foundation，簡稱OSRF），是一個非盈利機構，通過接受企業捐款運行。自此以后，OSRF接收ROS一切事宜。
（5）2012年5月，OSRF舉辦第一屆ROS開發者大會（ROSCon），在美國明尼蘇達州，圣保羅市，此后每年舉辦一屆。ROS之父的摩根·奎格利，做了《ROS的昨天，今天，明天》報告。大衛·魯（David Lu）介紹了URDF（統一的機器人描述格式），一種特殊的XML文件，用來定義機器人關節間的相對關系和位姿。萬·蘇坎（Ioan Sucan）介紹了Moveit!，是工業機器人操控的開發平臺，后被廣泛使用。

2.4 ROS烏龜的起源，烏龜機器人，烏龜設計師，ROS的名字和烏龜幫，ROS第一只烏龜

（1）ros的標志是個小烏龜，turtle，每一版ros，都有一個新烏龜logo。之所以選烏龜，是因為柳樹好多人從小就玩一個面向兒童的編程語言LOGO，里面就有一個小烏龜，供人操控。
（2）1948年，美國人瓦爾特制作了一個形似烏龜的機器人，這是人類歷史上第一個自主移動的機器人。后來MIT的實驗室也搞過一個像烏龜的機器人。于是，烏龜就慢慢成了機器人的代名詞了。

（3）ros烏龜的設計師是喬許·埃林森（Josh Ellingson），下面是各個ros版的烏龜。

（4）ROS的全名是機器人操作系統，這個名字其實是有歧義的，其嚴格來說是個分布式的通信框架，當時柳樹也想了好多名字，直到申請了ros.org的域名，于是討論停止了。
（5）ROS的每一版名稱是按照英語字母順序，取字母表中對應的字母依次命名。第一版ROS叫B ROS，即Box ROS，后面是C，D，E。為了取名，OSRF還成立了ROS取名委員會。這個是ros的版本歷史鏈接：http://wiki.ros.org/Distributions
（6）ROS的第一版Box Turtle完全是為PR2設計的，時間是2010年。打造PR2機器人的那些人，在柳樹解體后，創辦了遠程遠程會議替身機器人和酒店服務機器人，以及倉儲機器人，碼垛機器人等等。這些機器人目前都有不錯的應用，而他們都是從ROS衍生出來的。

2.5 ROS導航與hiDOF，ROS之可視化rviz

（1）機器人最重要的能力是自主移動，而自主移動依賴導航。ros的導航軟件包作者是埃坦?馬德-愛潑斯坦(Eitan Marder-Eppstein)。
（2）導航的目的是讓機器人從初始位置A到目標位置B，中間不與周邊環境碰撞。實現這個目標需要：路徑規劃軟件，其依賴地圖構建軟件，其又依賴激光雷達。還需要的傳感器包括輪速傳感器，IMU慣導，GPU定位等。

（2）ROS導航軟件包里有各種常見算法，包括SLAM建圖算法，A*和Dijkstra規劃算法，AMCL自適應蒙特卡洛定位算法等，可以直接調用。
（3）ros導航軟件包作者后來成立了hiDOF機器人自動化軟件咨詢公司，后來被谷歌收購。
（4）rviz是ros官方的3D可視化仿真工具，支持以可視化的方式顯示ros消息，包括各種傳感器數據，機器人模型，坐標變換TF等，很強大。

2.6 ROS阿C龜-諾亞方龜，ROS之物體操控manipulation

（1）2010年8月，ros第二個版本C turtle發布，從這里可以看出ros要統治各個機器人領域，包括無人駕駛汽車，而事實上無人駕駛汽車也是一種機器人，也大量使用ros進行開發。

（2）ROS C-turtle版增加了機器人抓取軟件包，用來檢測物體，用機器手臂進行抓取，包名叫manipulation。下圖的二位是這個軟件包的作者，凱仁·蕭（Kaijen Hsiao）和馬泰·喬卡列（Matei Ciocarlie）。從這里出發，衍生出了碼垛機器人領域，國內有個星猿哲科技 (XYZ Robotics) 。

2.7 ROS飛天金剛龜與視覺傳感器

（1）2011年3月，ros D版本發布，菱背龜（Diamondback），此時已經有很多機器人公司加入ros，提供各自機器人的驅動。

（2）2010年微軟推出了帶深度相機的XBox，深度相機是Kinect，這個東西后來被各個研究機構使用，ROS也進行了支持，提供這個設備的驅動。下圖就是Kinect，中間的攝像頭為RGB彩色攝像頭，左右兩個分別為紅外發射器和紅外CMOS接收器，從而構成深度傳感器，獲取深度數據，即可視范圍內物體到相機的距離。從這些深度數據，可以計算出3D點云（Point Cloud）。此時ROS加入了點云庫（Point Cloud Library, PCL）

（3）PCL是開源的點云處理軟件，包括大量與點云相關的算法，包括顯示點云數據，濾波，分割，特征提取，配準，重建等等，其在3D點云的地位等于OpenCV在圖像處理的地位。PCL也是柳樹衍生出來的，作者是萊度·茹蘇（Radu B. Rusu），當時點云處理已經在逆向工程里廣泛應用了，只是沒人開源出來。

2.8 ROS之OpenCV，ROS之KDL

（1）OpenCV（Open SourceComputer Vision Library：http://opencv.org）是C/C++實現的開源計算機圖像處理庫，作者是蓋里·布拉德斯基（Gary Bradski），其在intel工作時開發的，作者還寫了著名的《Learning OpenCV》。他搞這個的初衷就是為了不重復造輪子。

（2）ros加之了openCV，改進了易用性，通過vision_opencv的軟件包，用戶可以方便的在ros使用opencv。包括兩部分：一是cv_bridge負責將OpenCV下的圖像類型轉換為ROS圖像消息，二是image_geometry軟件包可用來校正圖像，將ros接收到的校準參數，送給opencv圖像校正函數使用。
（3）ros后來把底層的庫拆開，不再統一維護，而由貢獻者各自維護，比如KDL，Kinematics-Dynamics Library的縮寫，意為“運動學-動力學庫”，由歐洲大學的研究人員開發。

2.9 ROS烏龜幫，ROS與Windows，ROS之Gazebo，ROS之編譯系統，ROS之皆大歡喜（Player與Stage），ROS驅動DARPA挑戰賽，ROS之MoveIt!

（1）ROS各版本名字：Box turtle（箱龜，2010.3），C turtle（阿C龜，2010.8），菱背龜（Diamondback，2011.3），ElectricEmys（雞血澤龜，2011.8），Fuerte Turtle（大力神龜，2012.4），Groovy Galapagos（加拉帕戈斯象龜，2012.12）（這一版ros引入catkin編譯系統，catkin的意思是“柳樹上結的尾狀花絮“），Hydromedusa（南美蛇頸龜，2013.9），Indigo Igloo（青色冰屋，2014.7）（這一版以后，ROS交給OSRF，成員們開始了全球的機器人創業大潮，中國也遍地開花，時間是2014~2015年），Jade Turtle（翡翠龜，2015.5），Kinetic Kame（動感神龜2016.5），Lunar Loggerhead（登月大頭龜，2017.5），Melodic Morenia（優雅的孔雀龜，2018.5）
（2）ROS越來越火了，于是很多window開發人員也想用ROS，而且是在windows上，微軟也提供了一些支持，比如WSL（Windows Subsystem for Linux），適用于Windows的ROS1實驗版等。但是作為中國開發者，仍然建議在ubuntu上玩ros，且最好是純ubuntu系統，而不是虛擬機或者wsl。
（3）Gazebo是一個機器人三維仿真軟件，可以與ros配套使用，也可以單獨使用。其作者是OSRF的創始人之一。Gazebo支持物理元素的仿真，比如重力，摩擦力等，應用非常廣泛
（4）ros是一個非常大的軟件系統，C，C++，python，把五花八門的軟件包組織編譯起來，相當麻煩，其編譯系統也經過幾次更新：rosbuild --> catkin --> ament(ros2)，至少前兩個是基于cmake實現的。
（5）player用于控制機器人設備和傳感器；Stage是一個二維的機器人仿真環境。
（6）2015年，DARPA舉辦了一屆機器人挑戰賽，23支進入決賽的隊伍，18支使用ros，14支使用Gazebo進行仿真，ros成功了。但是比賽的冠軍不是美國的隊伍，而是韓國。而中國的中科院合肥和香港大學，要么沒進決賽，要么墊底，因此機器人方向，中國人要學的還有很多。
（7）MoveIt源于ROS的機械臂導航軟件包arm_navigation，最早是用于PR2上，現已成為工業機器人，機械臂上使用最多的開源操作軟件。MoveIt!降低了對ros的依賴，代碼復用效率更高。傳統的工業機器人是固定的程序，不感知周邊環境，而MoveIt可以支持機器人對周圍進行建模，并自主規劃移動路徑，并動態調整，從而實現與人協作。

2.10 TurtleBot的故事，TurtleBot背后的女人，TurtleBot背后的男人，TurtleBot的演變，ROS之IPI，秘密項目PlatformBot愛與恨，從非盈利組織OSRF到企業化的OSRC，實習生計劃，柳樹車庫系繁花盛葉

（1）由于ros是機器人軟件，因此學習ros最好有個機器人。ros最開始的PR2太貴了，難以大量推廣，因此柳樹設計了一個簡易機器人平臺，使用東拼西湊的硬件，即TurtleBot，軟硬件開源。其中計算平臺使用華碩筆記本，相機使用微軟Kinect深度相機，運動設備使用掃地機器人iRobot Create，于是TurtleBot火了。

（2）TurtleBot是圖利·弗特（Tully Foote）和麥羅尼·威瑟（Melonee Wise）發明的。麥羅尼·威瑟（女）（Melonee Wise）是柳樹二號員工，多次創業，并領導ROS實習生計劃。圖利·弗特（Tully Foote）是OSRF ROS開發負責人，熱衷無人車比賽，相信他也使用了ros在無人車上，專業是機械工程，機械當自強！

（3）TurtleBot火了以后，有個韓國公司愿意接著搞，于是就有了TurtleBot家族，其中TurtleBot3是最新的。

（4）IPI，即Industrial Perception, Inc.工業感知公司，是柳樹孵化的一家碼垛機器人公司，面向未來電子商務物流，利用視覺技術輔助貨物的裝卸，物品分揀，上下物料，后來被谷歌收購。
（5）發明TurtleBot的麥羅尼·威瑟，領導柳樹的PlatformBot項目，建造售價10000美元的服務機器人，但是沒啥結果。麥羅尼·威瑟后來離開柳樹，創辦了Fetch Robotics，做一整套的智能倉儲機器人，這個領域的最早火的是亞馬遜的Kiva，如下圖。

（6）2016年，開源基金會OSRF接受了豐田一百萬美金的捐助，并與豐田成立以盈利為目的開源機器人公司（OSRC），這聽起來有點奇怪。豐田希望OSRC能幫助豐田研究自動駕駛。
（7）柳樹和OSRF非常重視擴大ROS影響力，其中一個重要項目就是實習生計劃，此后這些人形成了柳樹系，對機器人行業產生了重大影響，這些人即使貢獻者，也是布道者。
（8）現狀柳樹車庫直接衍生出的公司正在改變著世界，現在ROS已經是事實上的機器人領域的普遍標準，就像unix對于OS，TCP/IP對于網絡協議，ros也已是機器人工程師的必備技能了，包括自動駕駛工程師，必須要掌握！

3 總結

雖然《ROS史話36篇》總體結構不是很好，有點碎，但是不妨礙我們通過這篇文章了解ros和機器人發展歷史，這些是深入學習ros的重要背景知識，可以形成對機器人行業的大局意識。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的ROS高效入门第一章 -- ROS历史与现状的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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