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  3. 随着人工智能技术的发展，工业机器人已成为当前工业界的热点研究对象。某宇航设备公司为了扩大业务范围，决策层研究决定准备开展工业机器人研制新业务。公司将论证工作交给了软件架构师王工，王工经过分析和调研，从机器人市场现状、领域需求、组成及关键技术和风险分析等方面

随着人工智能技术的发展，工业机器人已成为当前工业界的热点研究对象。某宇航设备公司为了扩大业务范围，决策层研究决定准备开展工业机器人研制新业务。公司将论证工作交给了软件架构师王工，王工经过分析和调研，从机器人市场现状、领域需求、组成及关键技术和风险分析等方面

admin2019-02-25  40
问题 随着人工智能技术的发展，工业机器人已成为当前工业界的热点研究对象。某宇航设备公司为了扩大业务范围，决策层研究决定准备开展工业机器人研制新业务。公司将论证工作交给了软件架构师王工，王工经过分析和调研，从机器人市场现状、领域需求、组成及关键技术和风险分析等方面开展了综合论证。论证报告指出：首先，为了保障本公司机器人研制的持续性，应根据领域需求选择一种适应的设计架构；其次，为了规避风险，公司的研制工作不能从零开始，应该采用国际开源社区所提供机器人操作系统(Robot Operating System，ROS)作为机器人开发的基本平台。
在讨论会上，架构师李工提出不同意见，他认为公司针对宇航领域已开发了某款嵌入式实时操作系统，且被多种宇航装备使用，可靠性较高。因此应该采用现有架构体系作为机器人的开发平台。会上王工说明了机器人操作系统与该款操作系统的差别，要沿用需要进行改造，投入较大。经过激烈讨论，公司领导同意了王工采用ROS的意见。
ROS的架构定义了ROS系统由多个各自独立的节点(组件)组成，并且各个节点之间可以通过发布／订阅(Publish／Subscribe)消息模型进行通信。图3-1给出一个简单机器人结构实例，请根据以下文字描述，补充图3-1中(1)～(5)处空白，将答案写在答题纸上。

“机器人开始阶段，所有节点都要注册(Registration)到Master上，注册后，摄像头节点声明它要发布(Publish)一个叫作／image_data的消息。另外两个节点(图像处理处理节点和图像显示节点)声明它们需要订阅(Subscribe)这个／image_data消息。因此，一旦摄像头节点收到相机发送的数据(Data)，就立即将数据／image_data直接发送到另外两个节点。
选项
答案(1)注册(Registration) (2)数据(Data) (3)发布(Publish) (4)订阅(Subscribe) (5)订阅(Subscribe)
解析 ROS架构是由多个各自独立的节点(组件)组成，并且各个节点之间可以通过发布／订阅(publish／subscribe)消息模型进行通信。例如，我们将一个特定传感器的驱动模块作为一个ROS节点，其将传感器数据发布(publish)到消息流。这些消息可能会被某些节点获取到，例如滤波器、记录器、更高级系统中的应用如导航、路径查找等节点。
通常，ROS启动于ROS Master。Master允许其他ROS中不同软件片(节点)查找对方或与对方交流。那样，我们就不必指定“发送传感器数据到IP为127．0．0．1的电脑”，我们只需要简单地告诉Node1发送消息到Node2。就是说，ROS节点间的数据通信都是以透明方式进行的。
题目给出了一个简单机器人结构实例，就是考查考生对发布／订阅技术在ROS系统中的应用掌握程度。设想有一部相机安装在机器人上，我们希望可以从相机中或者笔记本上看到图像，同时让机器人也可以看到这些图像。
结构实例定义一个Camera Node，用于和相机通信(驱动)，一个Image Processing Node运行在机器人上处理图像数据，一个Image Display Node用于将图像显示在屏幕上。
开始阶段，所有节点(Node)都要注册到Master上。Master可以认为是一个查询表，各个节点可以查询它要把消息发送到哪个节点。注册到ROS Master后，Camera Node声明它要Publish一个Topic叫作／image_data。另外两个节点(Image Processing Node and Image Display Node)声明他们Subscribe这个Topic／image_data。因此，一旦Camera Node收到Camera发送的数据，就立即将数据／image_data直接发送到另外两个节点。
如果Image Processing Node想主动获取Camera Node收到的数据，ROS定义了Services用于解决这个问题。节点可以在ROS Master上注册一个特定的service，就像注册它的消息(topic)一样。在我们的例子中，Image Processing Node第一次请求／image data，Camera Node将收集Camera的数据，然后发送给Image Processing Node。
考生在理解了上述描述的基础上，就可以很容易补充图3-1中(1)～(5)处给出空白，显然，Image Display Node需要先向Master“注册(1)”，而摄像头是将“数据(2)”传输到Camera Node；Camera Node收到数据后向外部节点进行图像数据消息“发布(3)”，最后，Image Processing Node和Image Display Node想要接收图像数据信息，必须实现开展“订阅(4)(5)”活动。
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