Robot Operating System: Was Bratwurst-Bot und autonome Autos gemeinsam haben

So faszinierend Roboter auf viele Menschen wirken, so komplex ist auch die Software, die im Verborgenen dafür sorgt, dass ein mobiles System selbstständig den Weg findet, oder ein Serviceroboter erfolgreich eine Tasse greift. Roboter bestehen aber nicht nur aus Software, sondern auch aus ausgetüftelter Mechanik und Hochleistungselektronik. Es überrascht also nicht, dass es sehr unterschiedliche Sichten und Herangehensweisen bei der Entwicklung von Robotik-Lösungen gibt. Das Open-Source-Softwareframework ROS (Robot Operating System) hat etwas Bemerkenswertes geschaffen: einen Quasi-Standard für die Kommunikation, Datentypen und viele Software-Tools.

Weltweit arbeiten Forscher damit inzwischen gemeinsam an Themen, statt an jeder Universität oder Forschungseinrichtung einzeln das Rad neu erfinden zu müssen. Nicht nur, dass Software von anderen genutzt werden kann, die modulare Systemarchitektur vereinfacht und verbessert auch die Möglichkeiten, den eigenen Code für andere Roboter oder Anwendungen wiederzuverwenden.

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Einsatz von ROS bei den European Robotics Challenges für komplexe Montagevorgänge in der Automobil-Branche (Bild: FZI)

ROS hat wesentlich dazu beigetragen, die Robotik-Forschung voranzubringen, da sich viel mehr Forscher auf neue Algorithmen statt Treiber und Tools konzentrieren können. Mehr als 2.600 wissenschaftliche Artikel beziehen sich mittlerweile auf ROS, über 100 Roboter sind damit kompatibel. Auch die Industrie erkennt, dass sie mit ROS Zeit und Geld sparen kann, und engagiert sich dafür, die Software auch für professionelle Anwendungen einsetzbar zu machen. Allerdings hat ROS Schwächen - und wer es einsetzt, muss viel Vorwissen mitbringen.

ROS bietet schnelle Lösungen für Standardprobleme

Einer der größten Vorteile von ROS ist die einfache, direkte Verfügbarkeit von robuster Software für viele Standardprobleme der Robotik. So bietet ROS sehr robuste Navigationspakete, die das komplexe Slam-Problem (Simultaneous Localization and Mapping) gut und zuverlässig lösen. Die Entwicklung eigener Slam-Algorithmen ist aufwendig und erfordert hohe Fachkenntnisse. Durch ROS kann quasi jeder Roboter navigieren lassen, auch ohne Aufwand und Expertise in dem speziellen Fachbereich.

Neben fertiger Funktionalität bietet ROS viele Werkzeuge für die Entwicklung wie etwa ein einfach zu benutzendes System zur Koordinaten-Transformation und Darstellung. So können sich Forscher auf ihre Themen fokussieren und auf Lösungen für andere Teilprobleme direkt zurückgreifen.

Ein Leitsatz von ROS, "Stop Re-Inventing the Wheel", wird anschaulich in dieser Darstellung gezeigt. ROS trägt aktiv dazu bei, dass nicht immer wieder die gleiche Software an verschiedenen Hochschuleinrichtungen neu entwickelt wird. Stattdessen arbeiten die Einrichtungen und Entwickler an der Weiterentwicklung und Pflege der Software. Das steigert die Robustheit und Qualität dieser Lösung kontinuierlich.

Für diese internationale Zusammenarbeit war es auch besonders wichtig, dass ROS einige typische Standard-Datentypen definiert, die dann von allen Entwicklern gemeinsam genutzt werden.