工业机器人发展的下一步：开源机器人软件扩展通讯和运动功能
本文来自于《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China ）2016年9月刊杂志，原标题为：开源机器人软件扩展了通讯和运动功能
作为一个开源工厂自动化软件的项目，ROS-Industrial（ROS-I）在2015年扩展了其国际影响力，吸引了更多的美国和欧洲的机构加入。ROS-I美国联盟与其姊妹机构ROS-I欧洲联盟正在计划扩展到3D打印领域并进军亚洲市场。
ROS-I是一个由美国西南研究所（SwRI）创立的开源工业机器人软件框架和工作组。ROS代表机器人运行系统，ROS-I将ROS进行了扩展，对那些从工人和技术人员角度寻求提高工厂车间效率的生产制造公司提供了帮助。2015年的进展包括在扩展通讯总线支持方面发展的显著进步，支持包括Profinet协议、以及其他工业以太网协议和软件等。
图中所示是一个包裹自动分拣系统正在使用ROS-Industrial用于物品识别。在2015年秋天它开始在一个满足订单要求的仓库里，由ABB以及ROS-I团队协作进行试用。该系统会用于电子商务、运输以及配送点执行自动分拣任务
目前位于美国和欧洲的ROS-I联盟在2015年取得巨大的进步。“看上去，欧洲的中小企业是科技创新的主力军，特别是在机器人领域，大的企业相对更加保守。”SwRI的ROS工业联盟美国项目经理Paul Hvass讲到。
德国弗劳恩霍夫制造技术与自动化研究所（Fraunhofer IPA）的资深研究科学家Mirko Bordignon提供了两个关于在欧洲以不同方式实施ROS-I的例子。
“通过与Fraunhofer IPA的合作，Br自动化公司开发的无人搬运车（AGV）被用于一家汽车制造厂。AGV借助ROS-I可以在不借助地面轨道或墙面反射的情况下自主导航。”他讲道，“另外，像意大利的系统集成商IT+Robotics也在扩大ROS-I科技的使用，不仅用于将更多性能（例如可以通过ROS信息自然地控制运动控制器）装备到工业自动化部件上，并且在将不同的机器集成到生产线上时利用机器人友好的ROS中间件。”
据Hvass介绍，在美国，大的最终用户已经成为使用ROS-I的最强大的力量。系统集成商显示出来的兴趣也越来越浓，而设备制造商的反响各种各样。“很多反响都是积极的，”Hvass谈道，“不过目前只有ROS-I的用户团体才支持一些频繁使用的设备软件接口，我们将继续寻求来自设备制造商的最强的支持。”
不仅获得了企业方面的积极响应，ROS-I来自教育机构的支持很多。德州大学奥斯汀分校、德州大学阿灵顿分校以及伦斯勒理工学院（RPI）都是ROS-I联盟成员，而乔治亚理工大学和意大利理工学院是ROS-I的参与者。
2016年， ROS-I正在设定另一个巨大的快速发展的目标市场：亚洲。“我们正处于寻求来自RIC-Asia的感兴趣合作伙伴的过程中。”Havass谈道，“我们正在寻求一个SwRI姊妹机构：一个具有独立的、应用研发能力，具备工厂自动化经验和ROS经验的组织。”Hvass补充道，他们已经收到来自多家有兴趣在亚洲扩大ROS-I联盟的同行的申请。
1 软件开发与升级
2015年ROS组织的一个主要活动是来推出来自于开源机器人基金会（OSRF）的ROS2.0内核的阿尔法版本，这使得内核ROS软件与苹果、Linux以及微软Windows相兼容，这让ROS软件使用范围更广。2015年的另一个大的进展是将ROS-I与Profinet兼容。这让ROS-I与标准的以太网特性相兼容,并可以更加广泛的用于自动化应用。这意味着可以让工业现场总线用于开源ROS项目中，包括EtherNet/IP、EtherCAT以及CANopen。
“放到一起来看，这些项目现在为ROS-I开发人员提供了多种读取传感器数据和在现代通讯网络上控制执行器的选项。”Hvass讲到。
Hvass说在他们2016年的Profinet项目中的预期进展会集中在为标准以太网设备创建接口。“ROS-I会继续扩展其支持，不过我们觉得开发人员应该可以找到至少支持一种现有选项的设备。”
2015年ROS-I的另一个主要进展是笛卡尔，这是一个要在定义不全的笛卡尔轨迹（例如喷涂、打磨以及焊接工艺）上进行自动路径计划的项目。笛卡尔的设计是用来与机器人模型一起使用所要求的笛卡尔轨迹，以创建满足既定流程的参数和限制条件的机器人联合轨迹。在应用中，笛卡尔可以实现在没有人员参与的工艺中的自动机器人编程。
“我们对于我们的新的运动规划器笛卡尔感到非常骄傲，”Hvass说，“2015年经历了笛卡尔阿尔法版本的发布，将其用于重工业和航天领域的机器人路由与混搭（扫描N计划应用）。” ROS-I开发人员通过按照大小排序提高了存储的管理水平，从2015年阿尔法版本发布以来减少了其处理时间。
“尽管它还不是一个实时的规划器，但是在你起身去接过一杯咖啡的时间内，它已经可以通过数千路径点完成复杂的6到7个自由度的不冲突的路径。”Hvass说到。
2 更好的信息传递与3D打印
随着ROS2.0的阿尔法版本的发布，Hvass指出ROS-I正在寻求采用ROS2.0来更好地利用新的基于DDS的信息通知功能，包括实时通讯支持。“我认为ROS2.0的实时功能可以实现与各个领域的力和扭矩的控制接口，这样可能会在机器人组装工作和协同机器人方面带来快速的进步。”
Hvass说他们正在启动一项利用机器人开发3D打印工具的创新活动，而且ROS-I希望为开创这些开源功能提供支持和协作。Hvass承认挑战很大，因为它需要一些复杂的软件来实现诸如优化竣工材料属性的监控流程、应对动态性能的实时路径修正以及智能规划算法等功能。
作者：Chris Vavra