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優必選機器人操作系統ROSA研發與應用，以及未來

機器人操作系統是為機器人標準化設計而構造的軟件平臺，它使得每一位機器人設計師都可以使用同樣的平臺來進行機器人軟件開發。機器人操作系統是為機器人標準化設計而構造的軟件平臺，它使得每一位機器人設計師都可以使用同樣的平臺來進行機器人軟件開發。標準的機器人操作系統包括硬件抽象、底層設備控制、常用功能實現、進程間消息以及數據包管理等功能，一般而言可分為操作系統層和用戶群貢獻的機器人實現不同功能的各種軟件包。我們特邀優必選科技軟件平臺技術專家王嘉晉先生做客【機器人大講堂】直播間，向大家介紹優必選機器人操作系統ROSA的設計初衷和目標，著重講述ROSA所具備的功能及基礎的模塊架構，對比ROSA與ROS，演示如何使用ROSA提供的功能來提高機器人軟件研發效率，并由此推導ROSA對軟件開發者及機器人硬件廠商的價值，最后展望ROSA未來的研究方向。本期分享要點如下 ROSA的概述與目標 ROSA的功能 ROSA的價值 ROSA在機器人上的應用 ROSA未來的研究方向以下內容根據王嘉晉先生直播分享實錄整理 "關注「leaderobot」微信公眾號，后臺回復"優必選"，即可獲得本次直播完整版PDF及直播回放鏈接" 01 ROSA的概述與目標作為一款機器人操作系統應用框架，ROSA在設計之初就旨在實現兩個目標：一是面向普通業務軟件開發者提供機器人能力API，純業務軟件開發者可通過調用抽象API就可滿足應用場景的業務開發；二是面向機器人硬件廠商提供標準化的機器人SPI，使硬件廠商在定制自己配置時可以快速實現自制類SPI。基于此目標，ROSA形成了幾大特色，首先是跨軟件平臺，即同時支持Linux和Android平臺；其次是跨硬件平臺，ROSA深度整合優必選硬件技術；其他方面ROSA深度整合優必選運動控制軟件技術、終端軟件技術、云平臺技術和AI技術，形成了多種技術深度融合的集成。 02 ROSA的功能總的來說，ROSA面向開發者提供了機器人本體上的SDK，面向機器人硬件廠商提供了Robot SPI，可快速幫助廠商實現硬件的驅動移植和適配硬件服務的定制。ROSA的功能可概述為五大模塊，即AI模塊、運動能力模塊、表現力模塊、云能力模塊和任務管理模塊，如下圖所示。 AI模塊解決機器人看世界、聽人話、講人話的事情，包含Vision、ASR、NLP、TTS等由優必選研究院做具體實現，ROSA提供調用的API。在調用相應的API后會通過跨進程的通信直接將請求導入架構中的服務中，針對需要較大模型的API很難在機器人本體上運行，那么此時就需要與優必選AI云聯動。運動能力模塊整合了優必選研究院的舵機控制技術，運動規劃技術，導航技術，結合軟件平臺的軟件協議及ROS的兼容進行實現，ROSA提供調用的API，業務軟件開發者可快速使用API控制機器人實現業務驅動的機器人軟件開發，達到開箱即用的效果。運動能力模塊與AI模塊類似，先是舵機API等SDK層通過跨進程的通信到達程序架構層，其包含了舵機服務、動作服務、移動服務、導航服務等，然后通過MCU通信控制模塊與舵機MCU固件進行通信，控制舵機的運動。 ROSA中的導航服務，涉及到算法和雷達傳感器數據實際是在ROS中運行的，然后再與ROSA中的導航服務橋接，因此ROSA做到了與ROS的完美兼容。表現力模塊自研的支持多屏輸出的機器人表情、燈光和舞蹈編排服務，開發者可以很簡便的讓機器人在指定的屏幕上以較高的性能顯示需要的機器人表情，控制機器人燈光效果，并結合音樂、動作和表情給機器人編排舞蹈。云能力模塊優必選軟件平臺團隊自研的云服務，包含了賬號系統、消息通信、遠程診斷、機器人自升級、行為分析等基礎云能力組件，讓開發者可以在機器人上一站式進行云開發，無需再集成多個第三方的服務，系統內自帶云生態。其中，遠程診斷服務用以控制誰能夠去接觸到機器人，還能夠對它的行為進行審計和記錄，即記錄該賬號所代表的人在機器人上做了哪些事情等；那么消息通訊服務是用以解決web頁面或手機頁面到機器人間的文件傳輸等。而實際上在機器人上的所有服務內容都依賴于云平臺，比如通過上報的數據，根據一定的機器學習的算法、數據挖掘等方法得到一些有用的行為分析。任務管理模塊任務管理模塊是優必選軟件團隊自研的解決機器人多任務多資源沖突的模塊，可非常方便的通過規則的定義，解決各業務沖突時的行為和優先級。任務管理模塊主要依賴于應用管理模塊、機器人資源管理模塊和沖突策略配置模塊。應用管理模塊，在系統啟動之初掃描所有的APK，對其行為和依賴的資源進行掃描和分析；機器人資源管理模塊，可管理舵機資源、表情資源等資源占用情況；當不同的應用資源有沖突時就需要沖突策略配置模塊進行決策。特色功能基礎服務可簡易定制和服務硬件廠商可快速移植或定制一些服務，其過程的實現依賴于標準的SPI接口，可實現服務的定制和替換。應用管理同樣是在系統啟動之初就掃描所有的應用，并分析到應用可以實現的SPI，Router根據環境變量的不同將需求引流至對應的應用，即由應用管理來控制啟動什么樣的基礎服務。 ROSA的多板卡分布式支持 ROSA依靠在板卡上運行子系統并在各子系統間建立分布式通信，來支持多板卡的ROSA分布式運行，并對分布式進行抽象，運行于ROSA之上的業務app如同運行于一塊板卡之上，完全可以不考慮硬件上有幾個板卡的事情。 ROSA和ROS的比較 ROSA與ROS相比，共同點就是都可以兼容Linux，但是對于Android來說，ROS就不能做到完全兼容了。其他的方面，針對機器人能力API、標準統一的SPA、是否支持OTA升級、是否支持大數據、是否支持廣域網即時通信、是否支持機器人遠程診斷以及是否具備提供傳輸加密存儲加密組件等，ROSA都可以兼容，但ROS不具備。總的來說，ROSA是在ROS的功能基礎之上又拓展了許多新的功能。 03 ROSA的價值 ROSA的價值主要體現在開發者和機器人硬件廠商兩個角色，可以讓開發者專注于純軟件開發，讓機器人硬件產商專注硬件定制，無需考慮軟件業務層面的事情。 04 ROSA在機器人Walker上的應用 ROSA在優必選產品Walker上的應用 ASR、TTS、動作、表情的調用：結合云、導航、運動規劃的業務： ROSA的云特色功能展示——機器人遠程診斷功能 ROSA的云特色功能展示——機器人即時通信功能 05 ROSA未來的研究方向開發工具集基于ROSA框架開發更多的開發工具集，讓開發者能夠快速簡單方便易用的使用ROSA，如模擬器、編譯系統等。應用5G 未來考慮如何更好利用5G通信。支持圖形編程考慮到需求，未來支持圖形編程，讓普通人通過簡單的圖形拖動就可實現任務的規劃和定制。任務調度中心基于ROSA云平臺對每個機器人進行狀態進行管理。打包芯片方案 ROSA未來可以打包一些成熟的芯片方案。音視頻傳輸通過音視頻傳輸實現對機器人的緊急故障排除和監控；多機器人協同具備不同能力的機器人共同做一件事。責任編輯：xj 原文標題：優必選機器人操作系統ROSA研發與應用 | 優必選科技軟件平臺技術專家王嘉晉【附PPT】文章出處：【微信公眾號：機器人大講堂】歡迎添加關注！文章轉載請注明出處。

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