Windows、Android是怎么和机器人扯到一块的?
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每次机器人圈同行聊天,朋友们常常问:“孔博士,你觉得机器人操作系统,哪一个将成为未来的主流?”每次说出我的看法,大家都觉得吃惊。本文,我试着解答一下这个问题。“一孔之见”,欢迎批评指正。

去年参加机器人会议,说的最多的一句话“机器人分两类,一类是工业机器人,全球来看,属于成熟产业,行业充分竞争后,出现垄断巨头;一类是服务机器人,完全新兴产业,市场正在发育,还有待开发。”

工业机器人已经是成熟产业,而且是小众产业,各个厂商独立性很强,也很难统一。常见的操作系统有WindowsCE,嵌入式Linux,VxWorks,μC/OS-Ⅱ,DSP/BIOS。工业机器人的操作系统不是本文重点。感兴趣这块的,私下交流。

本文的重点是剖析服务机器人的操作系统。目前,服务机器人常见的操作系统有以下几种:Windows,Android系统,ROS,优班图等等。

1. Windows操作系统

微软的Windows大名鼎鼎,PC操作系统的王者,不细聊。如果知道Windows操作系统的,请不要再向下看了,以免浪费您宝贵的时间。

很多服务机器人采用了Windows操作系统。例如:医疗手术机器人的上位机操作系统,多数采用的是 Windows。我们也这么用过。有什么优点呢?编程语言,程序员比较熟悉。以前都是这么学的,开发机器人的时候,也是这么一个套路。

2. Android操作系统

Android操作系统,中文名:安卓,是一种基于Linux的开放源代码的操作系统,主要使用于移动设备,如智能手机和平板电脑。Android操作系统最初由Andy Rubin开发,Andy Rubin是一个机器人迷,从谷歌离职后,也在服务机器人领域创业。

有意思的是,Android英文一词的本义就是“机器人”。Google收购Andy Rubin创立的Android公司以后,Android操作系统归谷歌所拥有。自此以后,智能手机和平板电脑的操作系统双雄并存,苹果的IOS和谷歌的Android。2015年,Android平台手机的全球市场份额全球第一。

目前,智能服务机器人公司的产品,尤其是瞄准消费级市场的服务机器人,绝大多数采用的都是 Android操作系统。为什么会出现这种情况?

几年前,在微软亚洲中心一个内部论坛上,我跟行业内专家辩论过一个问题。ROS这个专用服务机器人专用操作系统,是否可以成为主流的操作系统。我说:“ROS太小众,还封闭在学术科研圈,未来几年的消费级服务机器人操作系统,Android胜出的可能性大,毕竟100多万的安卓开发人员。做公司,招聘个安卓开发容易,招聘个ROS开发,招聘不到啊!”当时,安卓开发从业人员100多万,现在估计几百万了。几年过去了,时间也证明了我的观点。

3. ROS (Robot Operating System)

ROS是最纯碎的服务机器人操作系统,也是开源的,但是还是比较小众。它包含硬件抽象描述、底层驱动程序管理、共用功能的执行、程序间的消息传递、程序发行包管理,它也提供一些工具程序和库用于获取、建立、编写和运行多机整合的程序。

ROS起源于2007年斯坦福大学人工智能实验室的项目与机器人技术公司Willow Garage的个人机器人项目(Personal Robots Program)之间的合作,2008年之后就由Willow Garage来进行推动。Willow Garage公司也表示希望借助开源的力量使PR2变成“全能”机器人。

PR2个人服务机器人人,价格昂贵,目前主要用于研究。PR2有两条手臂,每条手臂七个关节,手臂末端是一个可以张合的钳子。PR2依靠底部的四个轮子移动。在PR2的头部,胸部,肘部,钳子上安装有高分辨率摄像头,激光测距仪,惯性测量单元,触觉传感器等丰富的传感设备。在PR2的底部有两台8核的电脑作为机器人各硬件的控制和通讯中枢。两台电脑安装有优班图和ROS。

ROS目前发展迅猛,除了学术科研圈用这个系统外,也有一些创业公司在用,我的朋友研发的BIG-i机器人就是采用的ROS,他们也在通过免费讲座、培训,在国内推广ROS的使用。

此外,很多公司,包括谷歌,也有开发机器人操作系统的计划,随着服务机器人的发展,谁家的成为老大,拭目以待。

一句话总结:短期内,消费级服务机器人的操作系统, Android操作系统占主流;面向行业的服务机器人操作系统, Windows操作系统和 Android各有千秋。

从市面上的产品来看,基于Android系统开发的机器人确实是主流,但是还有一种操作系统却鲜为人知,它叫ROS(机器人操作系统,Robot Operating System),是专门为机器人设计的一套开源操作系统,时至今日已经诞生八年时间了。

ROS究竟为何物?

ROS的前身是斯坦福人工智能实验室为了支持STAIR(斯坦福大学人工智能机器人项目)而建立的交换庭(Switchyard)项目。要了解ROS的发展历程,则要从2007年开始谈起。

当时,Morgan Quigley,Eric Berger和Andrew Ng发布了一纸有关STAIR的论文,该文件讲述的就是用Switchyard可以在各软件程序之间传递信息,进而帮助机器人有效的完成一些复杂的任务。起初,这个项目是斯坦福大学和机器人技术公司Willow Garage的个人机器人项目(Personal Robots Program)合作进行的,2008年后完全由这家公司推广。到2009年,相关文件提到Switchyard可以让机器人编译模块化,而且不需要重新设计框架,ROS操作系统也就随之问世了。

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