【レポート】ロボット開発の変化 ROS2への移行か、ROS1のままか？#OPN201 #reinvent

本記事は現地時間2019/12/2-6で行われてたre:Invent 2019のセッション「OPN201 - Change is coming to robotics development: The shift to ROS 2」のレポートとなります。

AWS re:Invent 2019

#AWS RoboMaker

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さかじ

2019.12.30

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こんにちはCX事業本部のさかじです。本記事は現地時間2019/12/2-6で行われてたre:Invent 2019のセッション「OPN201 - Change is coming to robotics development: The shift to ROS 2」のレポートとなります。

OPN201 - Change is coming to robotics development: The shift to ROS 2

As more robots move from research and academia into real production use, we’ve seen an accelerated adoption of ROS 2 (Robot Operating System). What’s driving this shift from ROS 1 to ROS 2? What was missing from ROS 1? What makes ROS 2 more commercially capable? In this session, you learn how the design, development, and features of ROS 2 change the landscape for all robot lovers.

より多くのロボットが研究や学界から実際の生産用途に移行するにつれて、ROS 2（Robot Operating System）の採用が加速していることがわかりました。 ROS 1からROS 2へのこのシフトの原動力は何ですか？ ROS 1には何が欠けていましたか？ ROS 2の商用化を促進するものは何ですか？このセッションでは、ROS 2の設計、開発、機能がすべてのロボット愛好家のランドスケープをどのように変えるかを学びます。

スピーカー

Alejandra Olvera-Novack

Youtube

スライド

ROSとは？

Robot Operating System (ROS) とは、ロボット用のソフトウェアプラットフォームである。ROSはその名に「Operating System」を含むが、Microsoft WindowsやiOSのようなコンピュータのオペレーティングシステム (OS) ではなく、既存のOS上で動くミドルウェアやソフトウェアフレームワークの一種であり、「メタオペレーティングシステム」 (meta-operating system) とも説明される。

Wikipediaより
https://ja.wikipedia.org/wiki/Robot_Operating_System

アジェンダ

ROSとは？ROSは何ができるか
ROS1とROS2の同じこと
ROS2とROS2の違い
だれがROS2へポーティングすべきか
だれがROS1のままで良く、ROS2へ移行を急ぐ必要がないか
Rover RoboticsがROS2を移植する価値が判断した理由

はじめに

介助犬(カネラ)を飼っている
想像以上に大変だった
- 旅行に行くときの荷物の用意
- トイレの心配、特に旅先
カネラはいろんなことを助けてくれる
カネラを見ているとロボット工学を考えることがある
映画のようなロボットではなく医療ロボットなど
ロボット工学を支援しているのはROS

ROSとは？ROSは何ができるか

OSとあるがミドルウェア
"publish/subscribeフレームワーク

ROSについて

publish/subscribeフレームワーク
オープンソース
最大のエコシステム
最大のアクティブなコミュニティ
研究、商用で頻繁に使われている

ROS2について

信頼性、セキュリティを念頭においた商用設計
オープンソース Apach2.0ライセンス
Open DDS(Data Distribution Service)準拠
Amazon, Intel, Bosch Microsoft, LG Electronics, Toyota Instituteなどのサポート

ROSのできること

Javascript, Pythonのパッケージが用意されている
センサー(LIDAR, depth camera)
アルゴリズム
シミュレータ
デバッグツール
ロギング、テストツール数々のツールなどのエコシステムが用意されている

ROS1とROS2の同じこと

node, messages, publishers, subscribersは変更ない
コマンドライン、グラフィカルツールも変更なし

RViz

3Dビジュアライザー
センサーデータの可視化

ROSのソフトウェアフレームワーク
GUI

Gazebo

3Dダイナミックシミュレータ

ROS1とROS2の違い

本セッションは初心者向けなので深く掘り下げない
サンプルスクリプト
- ROS : C++
- ROS2 : Python
C++は多くのロボット工学に使用されている
ROSはC makeプロジェクト
ROS2はPythonをサポート
商用に対応するセキュリティ
DDSのサポート
Catkin_makeはColconに置き換え
Launch files にXMLファイルを使用できない
プラットフォーム
- ROS1 : UbuntuのみでCIテスト済み
- ROS2 : Ubuntu16.04(LTS), Mac OS X Elcapitan, Windows 10
ほとんどの人がC++かPythonを使っている
言語
- C++
  - ROS1 : C++03ターゲット
  - ROS2 : C++11, C++14(間も無くC++17)
- Python
  - ROS1 : Python2
  - ROS2 : 最新のPython3.5

ROS2の設計の概要

ROS2 graphの概念

Nodes
- 他のノードと通信するエンティティ
Messages
- Publish/Subscribe時に使用されるデータ
Topics
- Topicへpublish, 同様にTopicへSubscribeしてメッセージを受け取れる
Discovery
- nodesが互いに対話する方法を決定する自動プロセス

ROSのメカニズム

node同士がデータを交換
Publisherはデータを送信
SubscriberのNodeは受け取りたいデータを受信するためにSubscribeするためにTopicを追加
今回の例は/docs

DDSとは？

Data Distribution Servieceの略
DDSとは複雑なネットワークプログラミングを簡素化するネットワークミドルウェア
Node間でデータ、イベント、コマンドを送受信するためのPub/SUbパターンで実装する

ROS2のDDS

利点
- 維持するコードが少ない
- スステムレベルのドキュメント
- 推奨ユースケース
- API
- など

もっと深く知るためには

DDSを使用するための詳しい説明はこちらに
http://design.ros2.org/articles/ros_on_dds.htm

だれがROS2へポーティングすべきか

大企業(大企業から資金提供受けている研究開発グループ)
- 技術的夫妻を削減するため、ROS2を検討を進める
- ROS1の経験を持つ人をプロジェクトへ参加させる
ロボティクススタートアップ
- 技術的夫妻を削減するため、ROS2を検討を進める
- ROS1の経験を持つ人をプロジェクトへ参加させる
ロボティクスOEM
- ROS2 Dashingは LTSリリース
- 業界サポート: Amazon Intel, MicrosoftはROS2開発に多大なリソースを投入

だれがROS1のままで良く、ROS2へ移行を急ぐ必要がないか

学生(ROS1を使うことを学んでいる人)
- ROS1とROS2の概念の多くは同じであるためROS1を学ぶことであとでROS2を学べる
教授(ROSを教えている)
- ROS2にはまだ良いオンラインカリキュラムがない
- リソースはドキュメントがメイン
- 常に変更が発生している
研究者(ROSを論文に公開する人)
- ROS2の新機能紹介ではなければROS1を使用してもよいでしょう

Rover RoboticsがROS2を移植する価値が判断した理由

Rover Robotics

https://roverrobotics.com/

警察や考案ロボットへROSとオープンソースソフトウェアの互換性を持たせた
ロボットを現代のラップトップやスマートフォンと同じぐらいの手頃な価格にしたい
2WDのローバーは屋内の使用に優れている
このローバーは100kgまで処理できる
防水などタフなハードウェアが必要

Rover Robotics : ROS2を移植する理由

信頼性
ROS2を開発している大企業がある
ROS2に起きている大きなパラダイムシフト
Rover boticsのブログ https://blog.roverrobotics.com/

もっと深く知るためには

Here are the docs for ROS 2 concepts: https://index.ros.org/doc/ros2/Concepts/Overview-of-ROS-2-concepts
Changes between ROS 1 and ROS 2: http://design.ros2.org/articles/changes.html
ROS 2 on DDS: http://design.ros2.org/articles/ros_on_dds.html