రోబోట్ ఆపరేటింగ్ సిస్టమ్ (ROS) లో నైపుణ్యం: ROS ప్రోగ్రామింగ్ కొరకు ఒక ప్రపంచ మార్గదర్శి

రోబోటిక్స్ రంగం వేగంగా అభివృద్ధి చెందుతోంది, ఆర్టిఫిషియల్ ఇంటెలిజెన్స్, మెషిన్ లెర్నింగ్, మరియు ఆటోమేషన్ లోని పురోగతులు ప్రపంచవ్యాప్తంగా పరిశ్రమలను రూపుదిద్దుతున్నాయి. ఈ సాంకేతిక విప్లవం యొక్క కేంద్రంలో రోబోట్ ఆపరేటింగ్ సిస్టమ్ (ROS) ఉంది, ఇది రోబోట్ అభివృద్ధికి ఒక అనివార్యమైన సాధనంగా మారిన ఒక సౌకర్యవంతమైన మరియు శక్తివంతమైన ఫ్రేమ్‌వర్క్. ఈ సమగ్ర మార్గదర్శి ఇంజనీర్లు, పరిశోధకులు, విద్యార్థులు మరియు అధునాతన రోబోటిక్ వ్యవస్థలను నిర్మించడానికి ROS ప్రోగ్రామింగ్‌ను అర్థం చేసుకోవడానికి మరియు ఉపయోగించుకోవడానికి ఆసక్తి ఉన్న ప్రపంచవ్యాప్త ప్రేక్షకులకు రూపకల్పన చేయబడింది.

రోబోట్ ఆపరేటింగ్ సిస్టమ్ (ROS) అంటే ఏమిటి?

ROS అనేది విండోస్ లేదా లైనక్స్ వంటి సాంప్రదాయ అర్థంలో ఒక ఆపరేటింగ్ సిస్టమ్ కాదు. బదులుగా, ఇది ఒక సౌకర్యవంతమైన మిడిల్‌వేర్, ఇది రోబోట్ సాఫ్ట్‌వేర్‌ను సృష్టించడానికి లైబ్రరీలు, టూల్స్ మరియు నియమాల సమితిని అందిస్తుంది. మొదట విల్లో గ్యారేజ్ చే అభివృద్ధి చేయబడి, ఇప్పుడు ROS కమ్యూనిటీ చే నిర్వహించబడుతున్న ROS, వివిధ రోబోట్‌లు మరియు అప్లికేషన్‌లలో సులభంగా పంచుకోగల మరియు పునర్వినియోగించగల రోబోట్ సాఫ్ట్‌వేర్‌ను వ్రాయడానికి ఒక ప్రామాణిక మార్గాన్ని అందిస్తుంది. ఇది ఒక కమ్యూనికేషన్ లేయర్‌గా పనిచేస్తుంది, ఇది ఒక రోబోట్ సిస్టమ్ యొక్క వివిధ భాగాలను – సెన్సార్లు, యాక్యుయేటర్లు, నావిగేషన్ అల్గారిథమ్‌లు మరియు యూజర్ ఇంటర్‌ఫేస్‌లు వంటివి – సజావుగా సంభాషించుకోవడానికి వీలు కల్పిస్తుంది.

ROS యొక్క కీలక సూత్రాలు

ROS దాని సౌలభ్యం మరియు శక్తికి దోహదపడే అనేక ప్రధాన సూత్రాలపై నిర్మించబడింది:

• వికేంద్రీకృత నిర్మాణం: ROS ఒక పంపిణీ చేయబడిన, మెసేజ్-పాసింగ్ నిర్మాణాన్ని ప్రోత్సహిస్తుంది. ఒకే, ఏకశిలా ప్రోగ్రామ్‌కు బదులుగా, రోబోట్ ఫంక్షనాలిటీ నోడ్స్ అని పిలువబడే చిన్న, స్వతంత్ర ప్రక్రియలుగా విభజించబడింది.
• పబ్లిష్-సబ్‌స్క్రైబ్ కమ్యూనికేషన్: నోడ్‌లు టాపిక్స్కు మెసేజ్‌లను ప్రచురించడం ద్వారా మరియు ఇతర నోడ్‌ల నుండి టాపిక్స్‌కు సబ్‌స్క్రైబ్ చేయడం ద్వారా ఒకదానితో ఒకటి కమ్యూనికేట్ చేస్తాయి. ఇది నోడ్‌లను వేరు చేస్తుంది, వాటిని స్వతంత్రంగా అభివృద్ధి చేయడానికి అనుమతిస్తుంది.
• ప్యాకేజీలు: ROS కోడ్ ప్యాకేజీలుగా నిర్వహించబడుతుంది, ఇవి నోడ్‌లు, లైబ్రరీలు, కాన్ఫిగరేషన్ ఫైల్‌లు మరియు మరిన్నింటిని కలిగి ఉండే స్వయం-నియంత్రిత యూనిట్లు. ఈ మాడ్యులారిటీ కోడ్ పునర్వినియోగానికి మరియు సహకారానికి దోహదపడుతుంది.
• టూల్స్ మరియు యుటిలిటీలు: ROS విజువలైజేషన్ (ఉదా., RViz), సిమ్యులేషన్ (ఉదా., Gazebo), డీబగ్గింగ్, డేటా లాగింగ్ (rosbag), మరియు మరిన్నింటి కోసం ఒక గొప్ప టూల్స్ పర్యావరణ వ్యవస్థతో వస్తుంది, ఇది అభివృద్ధి ప్రక్రియను గణనీయంగా సులభతరం చేస్తుంది.

మీ రోబోటిక్స్ ప్రాజెక్ట్‌ల కోసం ROS ను ఎందుకు ఎంచుకోవాలి?

ప్రపంచవ్యాప్తంగా పరిశోధనా సంస్థలు మరియు పరిశ్రమలలో ROS యొక్క విస్తృత ఆమోదం దాని అనేక ప్రయోజనాలకు నిదర్శనం:

• ఓపెన్-సోర్స్ మరియు కమ్యూనిటీ-డ్రైవెన్: ROS ఉపయోగించడానికి ఉచితం మరియు దాని అభివృద్ధికి చురుకుగా దోహదపడే ఒక శక్తివంతమైన, ప్రపంచ కమ్యూనిటీని కలిగి ఉంది, ఇది విస్తారమైన ముందే నిర్మించిన ప్యాకేజీలు మరియు మద్దతు వనరులను అందిస్తుంది.
• హార్డ్‌వేర్ అబ్స్ట్రాక్షన్: ROS చాలా తక్కువ-స్థాయి హార్డ్‌వేర్ సంక్లిష్టతను సంగ్రహిస్తుంది, ఇది డెవలపర్‌లను ఉన్నత-స్థాయి రోబోట్ ఫంక్షనాలిటీపై దృష్టి పెట్టడానికి అనుమతిస్తుంది.
• క్రాస్-ప్లాట్‌ఫారమ్ అనుకూలత: ప్రధానంగా లైనక్స్ (ఉబుంటు)పై అభివృద్ధి చేయబడినప్పటికీ, ROS మాక్‌ఓఎస్ మరియు విండోస్‌పై కూడా ఉపయోగించబడుతుంది, ఇది విస్తృత ప్రాప్యతను సులభతరం చేస్తుంది.
• గొప్ప పర్యావరణ వ్యవస్థ: నావిగేషన్, మానిప్యులేషన్, పర్సెప్షన్ మరియు హ్యూమన్-రోబోట్ ఇంటరాక్షన్ వంటి పనుల కోసం విస్తారమైన లైబ్రరీలు మరియు టూల్స్ అందుబాటులో ఉన్నాయి, ఇవి తరచుగా ప్రముఖ సెన్సార్లు మరియు హార్డ్‌వేర్ ప్లాట్‌ఫారమ్‌లతో అనుసంధానించబడతాయి.
• స్కేలబిలిటీ మరియు మాడ్యులారిటీ: నోడ్-ఆధారిత నిర్మాణం సాధారణ, పునర్వినియోగించగల భాగాల నుండి సంక్లిష్ట వ్యవస్థలను నిర్మించడానికి అనుమతిస్తుంది, ఇది రోబోట్ ప్రవర్తనలను స్కేల్ చేయడానికి మరియు సవరించడానికి సులభం చేస్తుంది.

ROS ప్రోగ్రామింగ్: ప్రాథమిక అంశాలు

ROS ప్రోగ్రామింగ్‌లో దాని ప్రాథమిక భాగాలను మరియు అవి ఎలా సంకర్షణ చెందుతాయో అర్థం చేసుకోవడం ఉంటుంది. ROS అభివృద్ధికి ప్రధాన భాషలు పైథాన్ మరియు C++, ఇది పనితీరు అవసరాలు మరియు వ్యక్తిగత ప్రాధాన్యత ఆధారంగా డెవలపర్‌లకు ఎంపికను అందిస్తుంది.

నోడ్స్

పేర్కొన్నట్లుగా, నోడ్స్ ROS లోని ప్రాథమిక గణన యూనిట్లు. ప్రతి నోడ్ సాధారణంగా ఒక నిర్దిష్ట పనిని చేస్తుంది, ఉదాహరణకు మోటారును నియంత్రించడం, సెన్సార్ డేటాను చదవడం లేదా పాత్ ప్లానింగ్ అల్గారిథమ్‌ను అమలు చేయడం. నోడ్‌లు మెసేజ్‌ల ద్వారా ఒకదానితో ఒకటి కమ్యూనికేట్ చేస్తాయి.

ఉదాహరణ: ఒక నోడ్ IMU (ఇనర్షియల్ మెజర్‌మెంట్ యూనిట్) సెన్సార్ నుండి డేటాను చదివి, దానిని sensor_msgs/Imu మెసేజ్‌గా ప్రచురించడానికి బాధ్యత వహించవచ్చు.

టాపిక్స్

టాపిక్స్ అనేవి నోడ్‌లు డేటాను మార్పిడి చేసుకోవడానికి అనుమతించే పేరుగల బస్‌లు. డేటాను ఉత్పత్తి చేసే నోడ్ (పబ్లిషర్) ఒక టాపిక్‌కు మెసేజ్‌లను పంపుతుంది, మరియు ఆ డేటాపై ఆసక్తి ఉన్న ఇతర నోడ్‌లు (సబ్‌స్క్రైబర్‌లు) ఆ టాపిక్ నుండి ఆ మెసేజ్‌లను స్వీకరించవచ్చు. ఈ పబ్లిష్-సబ్‌స్క్రైబ్ మోడల్ ROS యొక్క వికేంద్రీకృత స్వభావానికి కీలకం.

ఉదాహరణ: కెమెరా చిత్రాలను ప్రచురించే నోడ్ /camera/image_raw అనే టాపిక్‌కు ప్రచురించవచ్చు. ఆబ్జెక్ట్ డిటెక్షన్ చేసే మరో నోడ్ ఈ టాపిక్‌కు సబ్‌స్క్రైబ్ చేస్తుంది.

మెసేజ్‌లు

మెసేజ్‌లు నోడ్‌ల మధ్య కమ్యూనికేట్ చేయడానికి ఉపయోగించే డేటా స్ట్రక్చర్‌లు. ROS సాధారణ రోబోటిక్ డేటా కోసం ప్రామాణిక మెసేజ్ రకాలను నిర్వచిస్తుంది, ఉదాహరణకు సెన్సార్ రీడింగ్‌లు, పోజ్‌లు మరియు ఆదేశాలు. డెవలపర్‌లు నిర్దిష్ట అప్లికేషన్ అవసరాలకు సరిపోయేలా కస్టమ్ మెసేజ్ రకాలను కూడా నిర్వచించవచ్చు.

సాధారణ మెసేజ్ రకాలు:

• std_msgs/String: ఒక సాధారణ స్ట్రింగ్ మెసేజ్.
• geometry_msgs/Twist: వేగ ఆదేశాలను (లీనియర్ మరియు యాంగ్యులర్) పంపడానికి ఉపయోగిస్తారు.
• sensor_msgs/Image: కెమెరా నుండి ఇమేజ్ డేటాను సూచిస్తుంది.
• nav_msgs/Odometry: రోబోట్ పోజ్ మరియు వేగ సమాచారాన్ని కలిగి ఉంటుంది.

సర్వీసులు

టాపిక్స్ నిరంతర డేటా స్ట్రీమ్‌ల కోసం ఉపయోగించబడుతుండగా, సర్వీసులు రిక్వెస్ట్-రెస్పాన్స్ కమ్యూనికేషన్ కోసం ఉపయోగించబడతాయి. ఒక క్లయింట్ నోడ్ ఒక సర్వర్ నోడ్ అందించిన సర్వీసును కాల్ చేయగలదు, మరియు సర్వర్ నోడ్ ఒక చర్యను చేసి ప్రతిస్పందనను తిరిగి ఇస్తుంది. రోబోట్ స్థితిని రీసెట్ చేయడం లేదా ఒక నిర్దిష్ట గణన చేయడం వంటి నిరంతర డేటా ప్రవాహం అవసరం లేని కార్యకలాపాలకు సర్వీసులు ఉపయోగపడతాయి.

ఉదాహరణ: ఒక సర్వీసును ఉపయోగించి రోబోట్‌ను ఒక నిర్దిష్ట లక్ష్య స్థానానికి తరలించడానికి ట్రిగ్గర్ చేయవచ్చు, ఆ సర్వీసు విజయం లేదా వైఫల్యం స్థితిని తిరిగి ఇస్తుంది.

యాక్షన్లు

యాక్షన్లు ఫీడ్‌బ్యాక్‌తో దీర్ఘకాలిక పనులను నిర్వహించడానికి ఉన్నత-స్థాయి ఇంటర్‌ఫేస్‌ను అందిస్తాయి. అవి పూర్తి కావడానికి సమయం తీసుకునే మరియు నిరంతర పర్యవేక్షణ అవసరమయ్యే లక్ష్యాలకు అనుకూలంగా ఉంటాయి. యాక్షన్లు ఒక లక్ష్యం, ఫీడ్‌బ్యాక్ మరియు ఒక ఫలితాన్ని కలిగి ఉంటాయి.

ఉదాహరణ: ఒక నావిగేషన్ యాక్షన్ సర్వర్ ఒక లక్ష్య స్థానం కోసం geometry_msgs/PoseStamped లక్ష్యాన్ని అంగీకరించగలదు. అప్పుడు అది రోబోట్ పురోగతిపై నిరంతర ఫీడ్‌బ్యాక్‌ను అందిస్తుంది మరియు లక్ష్యం విజయవంతంగా చేరుకుందో లేదో సూచించే ఫలితాన్ని తిరిగి ఇస్తుంది.

ROS ప్రోగ్రామింగ్‌తో ప్రారంభించడం

మీ ROS ప్రోగ్రామింగ్ ప్రయాణాన్ని ప్రారంభించడం ఒక ఉత్తేజకరమైన అడుగు. మీరు ప్రారంభించడానికి ఇక్కడ ఒక రోడ్‌మ్యాప్ ఉంది:

1. ఇన్‌స్టాలేషన్

మొదటి దశ మీ డెవలప్‌మెంట్ మెషీన్‌లో ROS ను ఇన్‌స్టాల్ చేయడం. ROS అత్యంత స్థిరంగా మరియు విస్తృతంగా ఉబుంటు లైనక్స్ పై మద్దతు ఇస్తుంది. ఇన్‌స్టాలేషన్ ప్రక్రియ సాధారణంగా ఇవి కలిగి ఉంటుంది:

• మీ సిస్టమ్‌కు ROS రిపోజిటరీని జోడించడం.
• ROS డిస్ట్రిబ్యూషన్‌ను ఇన్‌స్టాల్ చేయడం (ఉదా., ROS Noetic Ninjemys, ROS 2 Humble Hawksbill).
• మీ ROS పర్యావరణాన్ని సెటప్ చేయడం.

అధికారిక ROS వికీ (wiki.ros.org) వివిధ ఆపరేటింగ్ సిస్టమ్‌ల కోసం వివరణాత్మక, డిస్ట్రిబ్యూషన్-నిర్దిష్ట ఇన్‌స్టాలేషన్ సూచనలను అందిస్తుంది.

2. ROS టూల్స్ అర్థం చేసుకోవడం

అవసరమైన ROS కమాండ్-లైన్ టూల్స్‌తో మిమ్మల్ని మీరు పరిచయం చేసుకోండి:

• roscore: అన్ని ఇతర నోడ్‌లను నిర్వహించే మరియు సమన్వయం చేసే మాస్టర్ నోడ్.
• rosrun: ఒక ప్యాకేజీ నుండి ROS నోడ్‌ను అమలు చేస్తుంది.
• roslaunch: లాంచ్ ఫైల్ (XML ఫార్మాట్) ఉపయోగించి ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ ROS నోడ్‌లను లాంచ్ చేస్తుంది, ఇది సంక్లిష్ట సిస్టమ్ స్టార్టప్‌ను సులభతరం చేస్తుంది.
• rostopic: టాపిక్స్‌ను తనిఖీ చేస్తుంది మరియు వాటితో సంకర్షణ చెందుతుంది (టాపిక్‌లను జాబితా చేయడం, మెసేజ్‌లను ఎకో చేయడం, మెసేజ్‌లను ప్రచురించడం).
• rosservice: సర్వీసులను తనిఖీ చేస్తుంది మరియు వాటితో సంకర్షణ చెందుతుంది.
• rosnode: నోడ్‌లను జాబితా చేస్తుంది మరియు తనిఖీ చేస్తుంది.

3. మీ మొదటి ROS ప్యాకేజీని సృష్టించడం

ఒక ROS ప్యాకేజీ సాఫ్ట్‌వేర్ ఆర్గనైజేషన్ యొక్క ప్రాథమిక యూనిట్. మీ నోడ్‌లు, స్క్రిప్ట్‌లు మరియు కాన్ఫిగరేషన్ ఫైల్‌లను కలిగి ఉన్న ప్యాకేజీలను సృష్టించడం మీరు నేర్చుకుంటారు.

ఒక ప్యాకేజీని సృష్టించే దశలు:

1. మీ ROS వర్క్‌స్పేస్ యొక్క src డైరెక్టరీకి నావిగేట్ చేయండి.
2. కమాండ్‌ను ఉపయోగించండి: catkin_create_pkg my_package_name roscpp rospy std_msgs (ROS 1 కోసం) లేదా ros2 pkg create --build-type ament_cmake my_package_name (ROS 2 కోసం).

ఈ కమాండ్ package.xml మరియు CMakeLists.txt (C++ కోసం) లేదా setup.py (పైథాన్ కోసం) వంటి ప్రామాణిక ROS ప్యాకేజీ ఫైల్‌లతో కొత్త డైరెక్టరీని సృష్టిస్తుంది.

4. ROS నోడ్స్ రాయడం

ROS నోడ్స్ రాయడంలో పబ్లిషర్‌లు, సబ్‌స్క్రైబర్‌లు, సర్వీస్ క్లయింట్లు/సర్వర్‌లు, మరియు యాక్షన్ క్లయింట్లు/సర్వర్‌లను సృష్టించడానికి ROS క్లయింట్ లైబ్రరీలను (C++ కోసం roscpp మరియు పైథాన్ కోసం rospy) ఉపయోగించడం ఉంటుంది.

పైథాన్ ఉదాహరణ (ROS 1 `rospy`): ఒక సాధారణ పబ్లిషర్

import rospy
from std_msgs.msg import String

def talker():
    pub = rospy.Publisher('chatter', String, queue_size=10)
    rospy.init_node('talker', anonymous=True)
    rate = rospy.Rate(1) # 1hz
    while not rospy.is_shutdown():
        hello_str = "hello world %s" % rospy.get_time()
        rospy.loginfo(hello_str)
        pub.publish(hello_str)
        rate.sleep()

if __name__ == '__main__':
    try:
        talker()
    except rospy.ROSInterruptException:
        pass

C++ ఉదాహరణ (ROS 1 `roscpp`): ఒక సాధారణ పబ్లిషర్

#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"

int main(int argc, char **argv)
{
  ros::init(argc, argv, "talker");
  ros::NodeHandle nh;
  ros::Publisher chatter_pub = nh.advertise("chatter", 1000);
  ros::Rate loop_rate(1);

  while (ros::ok())
  {
    std_msgs::String msg;
    msg.data = "Hello World";
    chatter_pub.publish(msg);
    
    ros::spinOnce();

    loop_rate.sleep();
  }

  return 0;
}

5. మీ వర్క్‌స్పేస్‌ను కంపైల్ చేయడం

ROS ప్యాకేజీలను సృష్టించిన లేదా సవరించిన తర్వాత, మీరు మీ వర్క్‌స్పేస్‌ను catkin_make (ROS 1) లేదా colcon build (ROS 2) ఉపయోగించి కంపైల్ చేయాలి. ఈ ప్రక్రియ మీ C++ నోడ్‌లను నిర్మిస్తుంది మరియు మీ పైథాన్ స్క్రిప్ట్‌లను ROS చే కనుగొనగలిగేలా చేస్తుంది.

ROS 1:

cd ~/catkin_ws # Or your workspace directory
catkin_make
source devel/setup.bash

ROS 2:

cd ~/ros2_ws # Or your workspace directory
colcon build
source install/setup.bash

అధునాతన ROS భావనలు మరియు అనువర్తనాలు

మీరు ప్రాథమిక అంశాలను గ్రహించిన తర్వాత, మీరు మరింత అధునాతన ROS భావనలు మరియు అనువర్తనాలను అన్వేషించవచ్చు:

ROS నావిగేషన్ స్టాక్

ROS నావిగేషన్ స్టాక్ అనేది మొబైల్ రోబోట్‌లు వాటి పర్యావరణంలో స్వయంప్రతిపత్తిగా నావిగేట్ చేయడానికి వీలు కల్పించే ఒక శక్తివంతమైన టూల్స్ సమితి. ఇది వంటి పనులను నిర్వహిస్తుంది:

• గ్లోబల్ ప్లానింగ్: మ్యాప్‌లో ప్రారంభ స్థానం నుండి లక్ష్య స్థానానికి మార్గాన్ని కనుగొనడం.
• లోకల్ ప్లానింగ్: తక్షణ అడ్డంకులను తప్పించుకుంటూ గ్లోబల్ మార్గాన్ని అనుసరించడానికి వేగ ఆదేశాలను రూపొందించడం.
• లోకలైజేషన్: మ్యాప్‌లో రోబోట్ యొక్క పోజ్‌ను అంచనా వేయడం.
• మ్యాప్ మేనేజ్‌మెంట్: ఆక్యుపెన్సీ గ్రిడ్ మ్యాప్‌లను సృష్టించడం మరియు ఉపయోగించడం.

స్వయంప్రతిపత్త గిడ్డంగి రోబోట్‌లు, డెలివరీ డ్రోన్‌లు మరియు విభిన్న వాతావరణాలలో పనిచేసే సర్వీస్ రోబోట్‌ల వంటి అనువర్తనాలకు ఈ స్టాక్ కీలకం.

ROS మానిప్యులేషన్

చేతులు లేదా గ్రిప్పర్లు ఉన్న రోబోట్‌ల కోసం, ROS మానిప్యులేషన్ కోసం లైబ్రరీలు మరియు టూల్స్‌ను అందిస్తుంది. ఇందులో ఇవి ఉన్నాయి:

• MoveIt!: మోషన్ ప్లానింగ్, కొలిజన్ చెకింగ్ మరియు రోబోటిక్ చేతులను నియంత్రించడం కోసం విస్తృతంగా ఉపయోగించే ఫ్రేమ్‌వర్క్.
• పర్సెప్షన్: వస్తువులను గుర్తించడానికి మరియు వాటి పోజ్‌లను అంచనా వేయడానికి 3D సెన్సార్ డేటాను (ఉదా., డెప్త్ కెమెరాల నుండి) ప్రాసెస్ చేయడానికి లైబ్రరీలు.
• గ్రాస్పింగ్: వస్తువులపై గ్రాస్ప్‌లను ప్లాన్ చేయడానికి మరియు అమలు చేయడానికి అల్గారిథమ్‌లు.

ఈ సామర్థ్యాలు పారిశ్రామిక ఆటోమేషన్, రోబోటిక్ సర్జరీ మరియు అసెంబ్లీ పనులకు అవసరం.

పర్సెప్షన్ కోసం ROS

పర్సెప్షన్ ఆధునిక రోబోటిక్స్ యొక్క మూలస్తంభం, ఇది రోబోట్‌లు వాటి పరిసరాలను అర్థం చేసుకోవడానికి వీలు కల్పిస్తుంది. ROS అనేక కంప్యూటర్ విజన్ మరియు సెన్సార్ ప్రాసెసింగ్ లైబ్రరీలతో సజావుగా అనుసంధానించబడుతుంది:

• OpenCV: ఇమేజ్ ప్రాసెసింగ్ మరియు కంప్యూటర్ విజన్ పనుల కోసం ఒక పునాది లైబ్రరీ.
• PCL (పాయింట్ క్లౌడ్ లైబ్రరీ): LiDAR స్కాన్‌ల వంటి 3D సెన్సార్ డేటాను ప్రాసెస్ చేయడానికి.
• కంప్యూటర్ విజన్ నోడ్స్: ఆబ్జెక్ట్ డిటెక్షన్ (ఉదా., YOLO, SSD ఉపయోగించి), ఫీచర్ మ్యాచింగ్, మరియు SLAM (సైమల్టేనియస్ లోకలైజేషన్ అండ్ మ్యాపింగ్) వంటి పనుల కోసం ముందుగా నిర్మించిన నోడ్‌లు.

ఈ టూల్స్ అటానమస్ వాహనాలు మరియు తనిఖీ డ్రోన్‌ల వంటి డైనమిక్ మరియు అసంఘటిత వాతావరణాలలో పనిచేసే రోబోట్‌లకు చాలా ముఖ్యమైనవి.

ROS మరియు AI/ML ఇంటిగ్రేషన్

ROS మరియు ఆర్టిఫిషియల్ ఇంటెలిజెన్స్/మెషిన్ లెర్నింగ్ మధ్య సినర్జీ రోబోటిక్స్‌ను తీవ్రంగా రూపాంతరం చేస్తోంది. ML మోడళ్లను అమలు చేయడానికి మరియు పరీక్షించడానికి ROS ఆదర్శ వేదికగా పనిచేస్తుంది:

• TensorFlow/PyTorch ఇంటిగ్రేషన్: ML మోడళ్ల కోసం ఇన్ఫరెన్స్ అమలు చేయడానికి ROS నోడ్‌లను అభివృద్ధి చేయవచ్చు, ఇది అధునాతన ఆబ్జెక్ట్ రికగ్నిషన్, సెమాంటిక్ సెగ్మెంటేషన్, మరియు రీఇన్‌ఫోర్స్‌మెంట్ లెర్నింగ్-ఆధారిత నియంత్రణ వంటి పనులను సాధ్యం చేస్తుంది.
• డేటా కలెక్షన్: ROS యొక్క rosbag టూల్ సెన్సార్ల నుండి పెద్ద డేటాసెట్‌లను సేకరించడానికి అమూల్యమైనది, వీటిని తరువాత ML మోడళ్లకు శిక్షణ ఇవ్వడానికి ఉపయోగిస్తారు.
• సిమ్-టు-రియల్ ట్రాన్స్‌ఫర్: ROS తో అనుసంధానించబడిన గెజిబో వంటి సిమ్యులేటర్‌లు, భౌతిక హార్డ్‌వేర్‌పై వాటిని అమలు చేయడానికి ముందు వర్చువల్ వాతావరణాలలో రోబోట్‌లకు శిక్షణ ఇవ్వడానికి అనుమతిస్తాయి, ఇది ఆధునిక AI రోబోటిక్స్ యొక్క కీలకమైన అంశం.

ROS 2: తదుపరి తరం

ROS 2 అనేది అసలు ROS ఫ్రేమ్‌వర్క్ యొక్క ముఖ్యమైన పరిణామం, ఇది పరిమితులను పరిష్కరిస్తుంది మరియు ఆధునిక రోబోటిక్స్ అభివృద్ధి కోసం కొత్త ఫీచర్లను పొందుపరుస్తుంది:

• రియల్-టైమ్ సపోర్ట్: రియల్-టైమ్ నియంత్రణ వ్యవస్థల కోసం మెరుగైన మద్దతు.
• మల్టీ-రోబోట్ సిస్టమ్స్: బహుళ రోబోట్‌లను సమన్వయం చేయడానికి మెరుగైన సామర్థ్యాలు.
• సెక్యూరిటీ: మరింత దృఢమైన కమ్యూనికేషన్ కోసం అంతర్నిర్మిత భద్రతా ఫీచర్లు.
• క్రాస్-ప్లాట్‌ఫారమ్: లైనక్స్ కాకుండా విండోస్ మరియు మాక్‌ఓఎస్ వంటి ప్లాట్‌ఫారమ్‌లకు మెరుగైన మద్దతు.
• DDS (డేటా డిస్ట్రిబ్యూషన్ సర్వీస్): పాత ROS కమ్యూనికేషన్ లేయర్‌ను భర్తీ చేసింది, మెరుగైన పనితీరు మరియు విశ్వసనీయతను అందిస్తుంది.

రోబోటిక్స్ రంగం పరిపక్వం చెందుతున్న కొద్దీ, ROS 1 మరియు ROS 2 రెండింటినీ అర్థం చేసుకోవడం చాలా ముఖ్యమైనదిగా మారుతోంది.

ROS యొక్క ప్రపంచ ప్రభావం మరియు అనువర్తనాలు

ROS యొక్క ప్రభావం ప్రపంచవ్యాప్తంగా విస్తరించి, వివిధ రంగాలలో ఆవిష్కరణలను శక్తివంతం చేస్తుంది:

• అటానమస్ వాహనాలు: ప్రపంచవ్యాప్తంగా కంపెనీలు మరియు పరిశోధనా సంస్థలు సెల్ఫ్-డ్రైవింగ్ కార్ టెక్నాలజీలను అభివృద్ధి చేయడానికి ROS ను ఉపయోగిస్తున్నాయి, దాని నావిగేషన్, పర్సెప్షన్ మరియు నియంత్రణ సామర్థ్యాలను ఉపయోగించుకుంటున్నాయి.
• పారిశ్రామిక ఆటోమేషన్: తయారీదారులు అసెంబ్లీ లైన్లలో, లాజిస్టిక్స్‌లో మరియు నాణ్యత తనిఖీ కోసం తెలివైన రోబోట్‌ల కోసం ROS ను ఉపయోగిస్తున్నారు. జర్మనీలోని ఆటోమోటివ్ ఫ్యాక్టరీలు, ఆసియాలోని ఎలక్ట్రానిక్స్ తయారీ మరియు ఉత్తర అమెరికాలోని ఆటోమేటెడ్ గిడ్డంగులలో ఉదాహరణలు చూడవచ్చు.
• ఆరోగ్య సంరక్షణ: రోబోటిక్ సర్జరీ సిస్టమ్స్, రోగి సహాయక రోబోట్‌లు మరియు ప్రయోగశాల ఆటోమేషన్ ప్లాట్‌ఫారమ్‌లు తరచుగా ఖచ్చితమైన నియంత్రణ మరియు పరస్పర చర్య కోసం ROS ను ఉపయోగిస్తాయి.
• వ్యవసాయం: యూరప్, ఉత్తర అమెరికా మరియు ఆస్ట్రేలియా అంతటా వ్యవసాయ కేంద్రాలలో అటానమస్ ట్రాక్టర్లు, ప్రెసిషన్ స్ప్రేయింగ్ డ్రోన్‌లు మరియు హార్వెస్టింగ్ రోబోట్‌లు ఎక్కువగా ROS ను స్వీకరిస్తున్నాయి.
• పరిశోధన మరియు విద్య: ROS ప్రపంచవ్యాప్తంగా విశ్వవిద్యాలయాలు మరియు పరిశోధనా ప్రయోగశాలలలో ఒక ప్రధానమైనది, ఇది తదుపరి తరం రోబోటిసిస్ట్‌లు మరియు AI పరిశోధకులను ప్రోత్సహిస్తుంది.

ROS ప్రోగ్రామింగ్‌లో సవాళ్లు మరియు ఉత్తమ పద్ధతులు

ROS శక్తివంతమైనది అయినప్పటికీ, సమర్థవంతమైన అభివృద్ధికి కొన్ని సవాళ్లకు శ్రద్ధ మరియు ఉత్తమ పద్ధతులకు కట్టుబడి ఉండటం అవసరం:

సవాళ్లు

• సంక్లిష్ట వ్యవస్థలను డీబగ్గింగ్ చేయడం: పంపిణీ చేయబడిన వ్యవస్థలను డీబగ్గింగ్ చేయడం క్లిష్టంగా ఉంటుంది. rqt_graph మరియు rosbag వంటి ROS టూల్స్‌లో నైపుణ్యం సాధించడం చాలా అవసరం.
• పనితీరు ఆప్టిమైజేషన్: అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ పనుల కోసం లేదా వనరు-పరిమిత రోబోట్‌ల కోసం, C++ నోడ్‌లను ఆప్టిమైజ్ చేయడం మరియు సమర్థవంతమైన మెసేజ్ సీరియలైజేషన్ చాలా కీలకం.
• రియల్-టైమ్ పనితీరు: ROS లో నిజమైన రియల్-టైమ్ నియంత్రణను సాధించడానికి జాగ్రత్తగా సిస్టమ్ కాన్ఫిగరేషన్ మరియు తరచుగా ప్రత్యేకమైన రియల్-టైమ్ ఆపరేటింగ్ సిస్టమ్స్ (RTOS) అవసరం. ROS 2 దీనికి మెరుగైన పునాదులను అందిస్తుంది.
• ఇప్పటికే ఉన్న వ్యవస్థలతో అనుసంధానం: ROS ను లెగసీ హార్డ్‌వేర్ లేదా ప్రొప్రైటరీ సాఫ్ట్‌వేర్‌తో అనుసంధానించడం అనుకూలత సవాళ్లను ప్రదర్శించవచ్చు.

ఉత్తమ పద్ధతులు

• మాడ్యులర్ డిజైన్: సంక్లిష్ట పనులను చిన్న, పునర్వినియోగించగల నోడ్‌లుగా విభజించండి.
• స్పష్టమైన నామకరణ పద్ధతులు: నోడ్‌లు, టాపిక్‌లు మరియు పారామితుల కోసం వివరణాత్మక పేర్లను ఉపయోగించండి.
• సమగ్ర డాక్యుమెంటేషన్: మీ ప్యాకేజీలు మరియు నోడ్‌లను క్షుణ్ణంగా డాక్యుమెంట్ చేయండి.
• వెర్షన్ కంట్రోల్: సహకార అభివృద్ధి కోసం గిట్ లేదా ఇతర వెర్షన్ కంట్రోల్ సిస్టమ్‌లను ఉపయోగించండి.
• సిమ్యులేషన్: భౌతిక హార్డ్‌వేర్‌పై అమలు చేయడానికి ముందు పరీక్ష మరియు అభివృద్ధి కోసం గెజిబో వంటి సిమ్యులేటర్‌లను విస్తృతంగా ఉపయోగించుకోండి.
• ROS 2 ఆమోదం: కొత్త ప్రాజెక్ట్‌ల కోసం, దాని ఆధునిక నిర్మాణం మరియు మెరుగైన ఫీచర్ల కారణంగా ROS 2 తో ప్రారంభించడాన్ని పరిగణించండి.

ROS ప్రోగ్రామింగ్ యొక్క భవిష్యత్తు

ROS యొక్క పరిణామం రోబోటిక్స్ మరియు AI లోని పురోగతులతో దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంది. తెలివైన, స్వయంప్రతిపత్త వ్యవస్థలకు పెరుగుతున్న డిమాండ్‌తో, ROS ఒక కీలక ఫ్రేమ్‌వర్క్‌గా కొనసాగుతుంది. భవిష్యత్ అభివృద్ధి ఎక్కువగా వీటిపై దృష్టి పెట్టే అవకాశం ఉంది:

• ఎడ్జ్ కంప్యూటింగ్ మరియు ఎంబెడెడ్ సిస్టమ్‌లకు మెరుగైన మద్దతు.
• మరింత అధునాతన AI/ML ఇంటిగ్రేషన్ మరియు డిప్లాయ్‌మెంట్ టూల్స్.
• మెరుగైన సైబర్‌ సెక్యూరిటీ మరియు భద్రతా ఫీచర్లు.
• ఇతర రోబోటిక్స్ ఫ్రేమ్‌వర్క్‌లు మరియు ప్రమాణాలతో ఎక్కువ పరస్పర చర్య.

ముగింపు

ఆధునిక రోబోటిక్ వ్యవస్థలను నిర్మించాలని ఆకాంక్షించే ఎవరికైనా రోబోట్ ఆపరేటింగ్ సిస్టమ్ (ROS) ప్రోగ్రామింగ్ ఒక ప్రాథమిక నైపుణ్యం. దాని సౌకర్యవంతమైన నిర్మాణం, విస్తృతమైన లైబ్రరీలు మరియు శక్తివంతమైన ప్రపంచ కమ్యూనిటీ దీనిని ఆవిష్కరణకు అసమానమైన సాధనంగా చేస్తాయి. దాని ప్రధాన సూత్రాలను అర్థం చేసుకోవడం, దాని టూల్స్‌లో నైపుణ్యం సాధించడం మరియు ఉత్తమ పద్ధతులను స్వీకరించడం ద్వారా, మీరు పరిశ్రమలను రూపుదిద్దే మరియు ప్రపంచవ్యాప్తంగా జీవితాలను మెరుగుపరిచే తెలివైన రోబోట్‌లను సృష్టించడానికి ROS యొక్క సామర్థ్యాన్ని అన్‌లాక్ చేయవచ్చు. మీరు కాలిఫోర్నియాలో అటానమస్ వాహనాలపై పని చేస్తున్నా, జపాన్‌లో పారిశ్రామిక ఆటోమేషన్‌పై పని చేస్తున్నా, లేదా యూరప్‌లో పరిశోధన చేస్తున్నా, ROS రోబోటిక్ పురోగతిని నడపడానికి ఒక సాధారణ భాష మరియు టూల్‌కిట్‌ను అందిస్తుంది.