ROS 和Web 帶來更智慧的機器人

　　隨著AI的發展，機器人必然變得越來越智慧。然而要實現智慧化，除了需要豐富的AI演算法外，還需要強大的作業系統支援——ROS就是這樣一款非常受歡迎的機器人系統。ROS目前已經建立了龐大的生態系統，其參與者包括來自全球機器人行業的眾多開發者，而英特爾開源技術中心（OTC）的Web團隊也是其中重要一員。他們在客戶端、 edge、雲、IoT、W3C標準、機器人技術等領域開發及應用web技術，致力於保持web開放、安全、特性豐富且效能強大。

　　對於機器人設計廠商來講，他們在極力尋求更好的軟硬體解決方案，所以有人自然想到將ROS和Web相結合從而得到更好的機器人解決方案。或許有人會問：為什麼要在機器人技術中使用Node.js 和Web？它們各自有什麼特點？先看Node.js，其具有高效能 (JIT)特性，效能高於Python語言，從而使系統在同一機器人硬體平臺上可實現更多功能；另外，Node.js擁有強大的生態系統和社群支援，是Github*上最流行的語言，而且擁有世界上最大的包分發系統——npm。Node.js設計時易於部署和除錯，適合應用於web 介面。再看Web技術，它是遠端控制和儀表板的最佳選擇，可以進行狀態檢查、運動控制、姿勢視覺化、視訊流等工作，而且可以在任何瀏覽器裡執行，易於嵌入，擁有海量資源。

　　基於兩者各自的優勢，工程師要考慮的是如何將web引入到ROS中？首先，RWT* 已經將ROS 1.0 APIs 在web中暴露，但在2017年年中之前還沒有針對ROS 2.0的解決方案，因此OTC的Web團隊開發了一套新模組應用於ROS 2.0。當然我們還需要考慮這是不是在web中暴露ROS API 的最佳方式呢? 比如：服務；另一種做法是Node.js web 伺服器，就是在務器中暴露ROS API，這種方式靈活而有效，web頁面中只保留業務邏輯（RaaS）。其實工程師也不必害怕，因為web伺服器在 Node.js中只不過需要幾行程式碼，並且前端和後端具有同樣的技術棧，因此更易於除錯。

ROS2.0路線圖

　　我們目前取得的兩個成果是GitHub RWT 的兩個軟體包，其中一個是rclnodejs (github repo)，它是一個ROS 2.0的Node.js 客戶端，它可以提供快速、便捷而強大的ROS 2.0的JavaScript介面；另一個是ros2-web-bridge (github repo)，能夠實現在web頁面中呼叫ROS 2.0 API ，且與 roslibjs*相容。下面我們來看看這兩個模組各自的工作原理。

　　如上圖所示，其展示了rclnodejs軟體架構設計，其原則是對rcl層薄封裝，從而快速而輕鬆地適應變化。軟體介面採用事件驅動和非阻塞(Promise/Event)模式 ，使得程式可以擁有高併發特性；另外包本身無需重新編譯即可使用新的ROS訊息，一切都在執行過程中處理。如此一來，使用者就能夠輕鬆、有效地編寫 ROS 應用。

　　如上圖所示，展示ros2-web-bridge 是如何將ROS 2.0引入到瀏覽器中。其與ROS 1.0 bridge (rosbridge_suite)現有的JSON訊息協議 相容，從而現有的 Web Tools 可以直接使用，例如 ：2D/3D 視覺化。保持開發的快速簡單，使用者友好的除錯。如此一來，RWT ROS 1.0元件便可與 ROS 2.0透明相容。

　　除了Node.js，C++ 和 Python也是ROS開發中常用的兩種語言，我們不妨將三者進行效能對比：釋出一條ROS訊息，測量所用的時間和記憶體。當執行次數增加時，趨勢趨於穩定，其它型別的測試中也能觀察到同樣的趨勢，兩種趨勢都與語言常識相符。可以看出，Node.js 的速度2倍於Python，但是在執行時會消耗更多記憶體。

　　在Turtlebot* 3 + ROS 2.0應用案例中，採用了Intel® RealSense™ 相機和Intel Atom®的Up Board* ，用一個web應用作為遠端控制，可以看出roslibjs + ros2-web-bridge易於建立強大的UI，可執行於任何瀏覽器中，其原始碼在github上，ROS 2.0 的訊息型別是geometry_msgs/msg/Twist。

　　在機器人領域，英特爾還做出了很多其它貢獻，包括推出面向ROS 2.0的AI/ML/CV軟體；通過Movidius NCS提供專用 AI 硬體；用RealSense深度相機，以3D的方式感知世界；採用改進的ROS MoveIt*實現更佳的操縱；以及對ROS 2.0 導航的重新設計。我們相信隨著硬體和軟體的不斷髮展，機器人會變得越來越智慧。