O'zbek

Butun dunyo robototexnika ixlosmandlari uchun ROS dasturlashning chuqur tahlili, aqlli tizimlarni yaratish uchun uning asosiy tushunchalari, ishlab chiqilishi va amaliy qo'llanilishini qamrab oladi.

Robot Operatsion Tizimini (ROS) O'zlashtirish: ROS Dasturlash bo'yicha Global Qo'llanma

Robototexnika sohasi sun'iy intellekt, mashinaviy o'rganish va avtomatlashtirish sohasidagi yutuqlar bilan butun dunyo bo'ylab sanoatni shakllantirib, tez sur'atlar bilan rivojlanmoqda. Ushbu texnologik inqilobning markazida robotlarni ishlab chiqish uchun ajralmas vositaga aylangan moslashuvchan va kuchli tizim – Robot Operatsion Tizimi (ROS) yotadi. Ushbu keng qamrovli qo'llanma ROS dasturlashni tushunish va undan murakkab robototexnika tizimlarini yaratish uchun foydalanishni istagan muhandislar, tadqiqotchilar, talabalar va ixlosmandlarning global auditoriyasi uchun mo'ljallangan.

Robot Operatsion Tizimi (ROS) nima?

ROS an'anaviy ma'noda Windows yoki Linux kabi operatsion tizim emas. Aksincha, bu robot dasturiy ta'minotini yaratish uchun kutubxonalar, vositalar va konventsiyalar to'plamini taqdim etuvchi moslashuvchan oraliq dasturiy ta'minotdir. Dastlab Willow Garage tomonidan ishlab chiqilgan va hozirda ROS hamjamiyati tomonidan qo'llab-quvvatlanadigan ROS, turli robotlar va ilovalar o'rtasida osongina almashinilishi va qayta ishlatilishi mumkin bo'lgan robot dasturiy ta'minotini yozishning standartlashtirilgan usulini taklif etadi. U aloqa qatlami vazifasini bajarib, robot tizimining turli komponentlari – masalan, sensorlar, aktuatorlar, navigatsiya algoritmlari va foydalanuvchi interfeyslari – bir-biri bilan uzluksiz ishlashini ta'minlaydi.

ROS'ning Asosiy Tamoyillari

ROS o'zining moslashuvchanligi va qudratiga hissa qo'shadigan bir nechta asosiy tamoyillarga asoslangan:

Nima uchun Robototexnika Loyihalaringiz uchun ROS'ni Tanlash Kerak?

ROS'ning butun dunyo bo'ylab tadqiqot institutlari va sanoat tarmoqlarida keng qo'llanilishi uning ko'plab afzalliklaridan dalolat beradi:

ROS Dasturlash: Qurilish Bloklari

ROS dasturlash uning asosiy komponentlarini va ularning o'zaro ta'sirini tushunishni o'z ichiga oladi. ROS'ni ishlab chiqish uchun asosiy tillar Python va C++ bo'lib, ishlab chiquvchilarga ishlash talablari va shaxsiy afzalliklariga qarab tanlov taklif qiladi.

Tugunlar (Nodes)

Yuqorida aytib o'tilganidek, tugunlar ROS'dagi asosiy hisoblash birliklaridir. Har bir tugun odatda ma'lum bir vazifani bajaradi, masalan, motorni boshqarish, sensor ma'lumotlarini o'qish yoki yo'lni rejalashtirish algoritmini bajarish. Tugunlar bir-biri bilan xabarlar orqali aloqa qiladi.

Misol: Bir tugun IMU (Inertsial O'lchov Birligi) sensoridan ma'lumotlarni o'qish va uni sensor_msgs/Imu xabari sifatida nashr etish uchun mas'ul bo'lishi mumkin.

Mavzular (Topics)

Mavzular (Topics) tugunlarga ma'lumot almashish imkonini beruvchi nomlangan shinalardir. Ma'lumot ishlab chiqaradigan tugun (nashriyotchi) mavzuga xabarlar yuboradi va ushbu ma'lumotlarga qiziqqan boshqa tugunlar (obunachilar) ushbu xabarlarni mavzudan qabul qilishi mumkin. Ushbu nashr-obuna modeli ROS'ning markazlashtirilmagan tabiatining kalitidir.

Misol: Kamera tasvirlarini nashr etadigan tugun /camera/image_raw deb nomlangan mavzuga nashr qilishi mumkin. Obyektni aniqlashni amalga oshiradigan boshqa bir tugun ushbu mavzuga obuna bo'ladi.

Xabarlar (Messages)

Xabarlar (Messages) tugunlar o'rtasida aloqa qilish uchun ishlatiladigan ma'lumotlar tuzilmalaridir. ROS sensor ko'rsatkichlari, pozalar va buyruqlar kabi umumiy robototexnika ma'lumotlari uchun standart xabar turlarini belgilaydi. Ishlab chiquvchilar, shuningdek, maxsus dastur ehtiyojlariga mos keladigan maxsus xabar turlarini ham belgilashlari mumkin.

Umumiy Xabar Turlari:

Servislar (Services)

Mavzular uzluksiz ma'lumotlar oqimi uchun ishlatilsa, servislar (services) so'rov-javob aloqasi uchun ishlatiladi. Mijoz tuguni server tuguni tomonidan taqdim etilgan servisni chaqirishi mumkin va server tuguni biror harakatni bajarib, javob qaytaradi. Servislar robot holatini tiklash yoki ma'lum bir hisob-kitobni bajarish kabi uzluksiz ma'lumot oqimini talab qilmaydigan operatsiyalar uchun foydalidir.

Misol: Servis robotni ma'lum bir nishon manziliga harakatlanishini ishga tushirish uchun ishlatilishi mumkin, servis esa muvaffaqiyat yoki muvaffaqiyatsizlik statusini qaytaradi.

Harakatlar (Actions)

Harakatlar (Actions) qayta aloqa bilan uzoq davom etadigan vazifalarni bajarish uchun yuqori darajadagi interfeysni taqdim etadi. Ular bajarilishi uchun vaqt talab qiladigan va doimiy monitoringni talab qiladigan maqsadlar uchun mos keladi. Harakatlar maqsad, qayta aloqa va natijadan iborat.

Misol: Navigatsiya harakati serveri nishon manzil uchun geometry_msgs/PoseStamped maqsadini qabul qilishi mumkin. Keyin u robotning taraqqiyoti haqida uzluksiz qayta aloqa beradi va maqsadga muvaffaqiyatli erishilganligini ko'rsatuvchi natijani qaytaradi.

ROS Dasturlashni Boshlash

ROS dasturlash sayohatingizni boshlash hayajonli qadamdir. Mana sizni boshlash uchun yo'l xaritasi:

1. O'rnatish

Birinchi qadam ROS'ni ishlab chiqish kompyuteringizga o'rnatishdir. ROS eng barqaror va keng qo'llab-quvvatlanadigan Ubuntu Linux'da ishlaydi. O'rnatish jarayoni odatda quyidagilarni o'z ichiga oladi:

Rasmiy ROS wiki (wiki.ros.org) turli operatsion tizimlar uchun distributivga xos batafsil o'rnatish ko'rsatmalarini taqdim etadi.

2. ROS Asboblarini Tushunish

Muhim ROS buyruqlar qatori vositalari bilan tanishing:

3. O'zingizning Birinchi ROS Paketingizni Yaratish

ROS paketi dasturiy ta'minotni tashkil etishning asosiy birligidir. Siz o'zingizning tugunlaringiz, skriptlaringiz va konfiguratsiya fayllaringizni o'z ichiga olgan paketlarni yaratishni o'rganasiz.

Paket yaratish qadamlari:

  1. ROS ish maydoningizning src katalogiga o'ting.
  2. Buyruqdan foydalaning: catkin_create_pkg my_package_name roscpp rospy std_msgs (ROS 1 uchun) yoki ros2 pkg create --build-type ament_cmake my_package_name (ROS 2 uchun).

Ushbu buyruq package.xml va CMakeLists.txt (C++ uchun) yoki setup.py (Python uchun) kabi standart ROS paket fayllari bilan yangi katalog yaratadi.

4. ROS Tugunlarini Yozish

ROS tugunlarini yozish nashriyotchilar, obunachilar, servis mijozlari/serverlari va harakat mijozlari/serverlarini yaratish uchun ROS mijoz kutubxonalaridan (C++ uchun roscpp va Python uchun rospy) foydalanishni o'z ichiga oladi.

Python Misoli (ROS 1 `rospy`): Oddiy Nashriyotchi


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++ Misoli (ROS 1 `roscpp`): Oddiy Nashriyotchi


#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. Ish Maydoningizni Kompilyatsiya qilish

ROS paketlarini yaratgandan yoki o'zgartirgandan so'ng, ish maydoningizni catkin_make (ROS 1) yoki colcon build (ROS 2) yordamida kompilyatsiya qilishingiz kerak. Bu jarayon sizning C++ tugunlaringizni quradi va Python skriptlaringizni ROS tomonidan topiladigan qiladi.

ROS 1:


cd ~/catkin_ws # Yoki ish maydoningiz katalogi
catkin_make
source devel/setup.bash

ROS 2:


cd ~/ros2_ws # Yoki ish maydoningiz katalogi
colcon build
source install/setup.bash

Ilg'or ROS Tushunchalari va Ilovalari

Asoslarni o'zlashtirganingizdan so'ng, siz yanada ilg'or ROS tushunchalari va ilovalarini o'rganishingiz mumkin:

ROS Navigatsiya Steki

ROS Navigatsiya Steki mobil robotlarning o'z muhitida avtonom ravishda harakatlanishini ta'minlash uchun kuchli vositalar to'plamidir. U quyidagi vazifalarni bajaradi:

Ushbu stek avtonom ombor robotlari, yetkazib beruvchi dronlar va turli muhitlarda ishlaydigan xizmat ko'rsatuvchi robotlar kabi ilovalar uchun juda muhimdir.

ROS Manipulyatsiyasi

Qo'llari yoki qisqichlari bo'lgan robotlar uchun ROS manipulyatsiya uchun kutubxonalar va vositalarni taqdim etadi. Bunga quyidagilar kiradi:

Ushbu imkoniyatlar sanoat avtomatizatsiyasi, robotik jarrohlik va yig'ish vazifalari uchun zarurdir.

Idrok etish uchun ROS

Idrok etish zamonaviy robototexnikaning asosiy toshi bo'lib, robotlarga o'z atrofini tushunishga imkon beradi. ROS ko'plab kompyuter ko'rishi va sensorlarni qayta ishlash kutubxonalari bilan uzluksiz integratsiyalashadi:

Ushbu vositalar avtonom transport vositalari va tekshiruv dronlari kabi dinamik va tuzilmagan muhitlarda ishlaydigan robotlar uchun hayotiy ahamiyatga ega.

ROS va AI/ML Integratsiyasi

ROS va Sun'iy Intellekt/Mashinaviy O'rganish o'rtasidagi sinergiya robototexnikani tubdan o'zgartirmoqda. ROS ML modellarini joylashtirish va sinovdan o'tkazish uchun ideal platforma bo'lib xizmat qiladi:

ROS 2: Keyingi Avlod

ROS 2 asl ROS tizimining muhim evolyutsiyasi bo'lib, cheklovlarni bartaraf etadi va zamonaviy robototexnika ishlab chiqish uchun yangi xususiyatlarni o'z ichiga oladi:

Robototexnika manzarasi yetuklashgani sari, ham ROS 1, ham ROS 2 ni tushunish tobora muhim ahamiyat kasb etmoqda.

ROS'ning Global Ta'siri va Ilovalari

ROS'ning ta'siri global miqyosda bo'lib, turli sohalarda innovatsiyalarni kuchaytirmoqda:

ROS Dasturlashdagi Qiyinchiliklar va Eng Yaxshi Amaliyotlar

ROS kuchli bo'lsa-da, samarali ishlab chiqish ma'lum qiyinchiliklarga e'tibor berishni va eng yaxshi amaliyotlarga rioya qilishni talab qiladi:

Qiyinchiliklar

Eng Yaxshi Amaliyotlar

ROS Dasturlashning Kelajagi

ROS'ning evolyutsiyasi robototexnika va AI sohasidagi yutuqlar bilan chambarchas bog'liq. Aqlli, avtonom tizimlarga bo'lgan talab ortib borayotganligi sababli, ROS muhim tizim bo'lib qoladi. Kelajakdagi ishlanmalar quyidagilarga qaratilishi mumkin:

Xulosa

Robot Operatsion Tizimi (ROS) dasturlash zamonaviy robototexnika tizimlarini yaratishni istagan har bir kishi uchun asosiy mahoratdir. Uning moslashuvchan arxitekturasi, keng kutubxonalari va jonli global hamjamiyati uni innovatsiyalar uchun tengsiz vositaga aylantiradi. Uning asosiy tamoyillarini tushunib, vositalarini o'zlashtirib va eng yaxshi amaliyotlarni qo'llab, siz ROS'ning salohiyatini ochib, sanoatni shakllantiradigan va butun dunyoda hayotni yaxshilaydigan aqlli robotlarni yaratishingiz mumkin. Kaliforniyada avtonom transport vositalari, Yaponiyada sanoat avtomatizatsiyasi yoki Yevropada tadqiqotlar ustida ishlayapsizmi, ROS robototexnika taraqqiyotini oldinga surish uchun umumiy til va vositalar to'plamini taqdim etadi.

Robot Operatsion Tizimini (ROS) O'zlashtirish: ROS Dasturlash bo'yicha Global Qo'llanma | MLOG