Robot Operating System

ROS est une plateforme de développement logicielle pour robot. Il s'agit d'un méta-système d'exploitation qui peut fonctionner sur un ou plusieurs ordinateurs et qui fournit plusieurs fonctionnalités : abstraction du matériel, contrôle des périphériques de bas niveau, mise en œuvre de fonctionnalités couramment utilisées, transmission de messages entre les processus et gestions des packages installés. 

Le logiciel ROS peut être séparé en trois groupes : 

1.  les outils utilisés pour créer, lancer et distribuer des logiciels basés sur ROS (roscore[4], roslaunch[5], catkin[6])
2.  les clients ROS pour des langages : roscpp (C++)[7]  et rospy (python)[8]
3.  les packages contenant des programmes pour ROS utilisant un ou plusieurs clients ROS

Les outils et les principaux clients ROS (roscpp et rospy) sont publiés sous les termes de la Licence BSD. De nombreux packages sont publiés pour ROS avec diverses licences open source (BSD, MIT). Ces packages permettent de lancer des applications, des algorithmes ou encore des programmes pour interfacer ROS avec des robots. L'outil de simulation Gazebo est directement intégré à ROS.

Les principaux clients ROS (C++ et Python) sont compatibles avec des systèmes de type Unix. Ceci est principalement dû à leur dépendance à d'autres logiciels open-source. En juillet 2014, pour ces bibliothèques clientes et pour la version de ROS Indigo, Ubuntu est le seul système officiellement supporté par défaut. Il existe alors des versions expérimentales pour les systèmes suivants : OS X, Android, Arch Linux, Debian Wheezy et OpenEmbedded/Yocto[9].

Pour la version (appelée distribution dans le jargon ROS), Melodic Morenia, les architectures de processeur AMD64, ARM32 et ARM64 sont supportées (version de mai 2018 à mai 2023)[10]

Il existe des clients ROS non officiels. Parmi eux on peut notamment citer :

• rosjava (Java)[11] qui a permis de faire fonctionner ROS sur le système d'exploitation Android.
• roslibjs (JavaScript)[12] qui permet d'interagir avec un système ROS depuis un navigateur. Ce client est développé dans le cadre du Robot Web Tools effort.

ROS regroupe plusieurs fonctionnalités qui facilitent le développement d'applications souples et modulables pour la robotique.

• Architecture de communication inter-processus et inter-machine
• Serveur de paramètre
• Système d'enregistrement et de rejeu (rosbag[13])
• Système de test
• Simulateur (Gazebo[14])

Architecture de communication

Schéma de fonctionnement du master sous ROS

ROS offre une architecture souple de communication inter-processus et inter-machine. Les processus ROS sont appelés des nodes et chaque node peut communiquer avec d'autres via des topics. La connexion entre les nodes est gérée par un master et suit le processus suivant : 

1. Un premier node avertit le master qu'il a une donnée à partager 
2. Un deuxième node avertit le master qu'il souhaite avoir accès à une donnée 
3. Une connexion entre les deux nodes est créée 
4. Le premier node peut envoyer des données au second 

Un node qui publie des données est appelé un publisher et un node qui souscrit à des données est appelé un subscriber. Un node peut être à la fois publisher et subscriber. Les messages envoyés sur les topics sont pour la plupart standardisés ce qui rend le système extrêmement flexible. 

ROS permet une communication inter-machine, des nodes s'exécutant sur des machines distinctes, mais ayant connaissance du même master peuvent communiquer de manière transparente pour l'utilisateur. 

ROS a été initialement développé en 2007 sous le nom switchyard par le Stanford Artificial Intelligence Laboratory dans le cadre du projet Stanford AI Robot STAIR (STanford AI Robot)[15] - [16].

De 2008 à 2013, le développement a été effectué principalement par Willow Garage, un institut / incubateur de recherche en robotique. Pendant ce temps, des chercheurs de plus de vingt institutions ont collaboré avec les ingénieurs de Willow Garage dans un modèle de développement fédéré[17] - [18].

En février 2013, le développement de ROS est poursuivi par l'Open Source Robotics Foundation[19]. En août 2013, un blog annonce que Willow Garage sera absorbée par une autre société créée par son fondateur, Suitable Technologies[20]. Le support du robot PR2 créé par Willow Garage a été par la suite repris par Clearpath Robotics[21].

Historique des versions

Les versions de ROS peuvent être incompatibles entre elles et sont souvent désignées par leur nom de code plutôt que leur numéro de version. Les principales versions sont à ce jour :

ROS 1

Distribution	Date de publication	Image	Date de fin de vie
ROS 1.0	22 janvier 2010
Box Turtle	2 mars 2010
C Turtle	3 août 2010
Diamondback	2 mars 2011
Electric Emys	30 août 2011
Fuerte Turtle	23 avril 2012
Groovy Galapagos	31 décembre 2012		31 juillet 2014
Hydro Medusa	4 septembre 2013		31 mai 2014
Indigo Igloo	22 juillet 2014		30 avril 2019
Jade Turtle	23 mai 2015		30 mai 2017
Kinetic Kame	23 mai 2016		30 mai 2021
Lunar Loggerhead	23 mai 2017		30 mai 2019
Melodic Morenia	23 mai 2018		30 mai 2023
Noetic Ninjemys (dernière version de ROS 1)	23 mai 2020		30 mai 2025

Les packages ROS peuvent s'appliquer à différents domaines d'application :

• Navigation : navigation stack[22], amcl[23]
• Manipulation : moveit[24]
• Perception : hector_slam[25], gmapping[26]
• Fusion de données : robot_localization[27]

ROS est aujourd'hui officiellement supporté par plus de 75 robots. La grande souplesse de ROS lui permet d'être déployé sur des robots très différents (robot mobile, bras industriel, multicoptère) et qui évoluent dans des milieux variés (terrestre, aérien, marin et sous-marin). Ci-dessous une liste non exhaustive des robots compatibles ROS :