Le système d’exploitation pour robots, ou ROS, est au cœur de nombreuses machines actuelles. Cependant, il ne s’agit pas d’un système d’exploitation au sens propre du terme, comme Windows ou Linux. Il s’agit plutôt d’un cadre flexible qui s’exécute par-dessus l’un de ces systèmes. En bref, il aide les robots à percevoir, à réfléchir et à se déplacer. Comme il est gratuit et open source, les ingénieurs du monde entier s’en servent. C’est pourquoi le ROS est désormais présent dans les laboratoires, les usines et les start-ups. Ce guide explique le fonctionnement du système d’exploitation robotique. Il vous montre également comment vous pouvez commencer à l’apprendre.
Qu’est-ce que le Robot Operating System ?
Le système d’exploitation robotique est un ensemble d’outils et de bibliothèques destinés à la construction de robots. Il offre aux développeurs un moyen commun de partager du code. De plus, il gère les interconnexions complexes entre les différents composants. Par exemple, il transmet les messages d’une caméra à un planificateur. Grâce à cette structure, les équipes évitent de réécrire sans cesse le même code. En effet, le projet ROS n’a cessé de se développer depuis 2007.
ROS décompose un robot en petits programmes appelés « nœuds ». Chaque nœud remplit une tâche spécifique avec efficacité. Les nœuds communiquent ensuite entre eux par le biais de messages simples. Les développeurs peuvent ainsi remplacer des composants sans perturber le fonctionnement de l’ensemble. Une équipe peut donc tester un élément à la fois. Cette conception permet de garder les grands projets gérables.
Comment ROS relie les capteurs et les actionneurs
Un robot doit percevoir le monde qui l’entoure avant d’agir. Tout d’abord, les capteurs collectent des données sur l’environnement. Ensuite, ROS achemine ces données vers les programmes appropriés. Par exemple, une caméra, un lidar et un codeur de roue alimentent tous simultanément le système. Comme ROS normalise ces signaux, les composants fonctionnent ensemble de manière fluide. Notre guide sur les capteurs robotiques aborde cette couche plus en détail.
Les actionneurs transforment les décisions en mouvements. Une fois que le logiciel a choisi une action, ROS envoie des commandes aux moteurs. Ceux-ci actionnent alors les articulations, les roues ou les préhenseurs. Le robot modifie ainsi le monde physique. De plus, ROS lit les retours d’information provenant de ces actionneurs. Il peut donc corriger de petites erreurs en temps réel.
Mouvement et cinématique inverse dans ROS
Déplacer un bras robotique semble simple, mais les calculs mathématiques sont complexes. La cinématique inverse résout une question fondamentale : pour un point cible donné, quels angles d’articulation permettent de l’atteindre ? ROS intègre des outils qui répondent rapidement à cette question. Ainsi, un bras peut déplacer sa pince vers un emplacement précis.
Ces outils planifient également des trajectoires sûres. Comme un robot doit éviter les collisions, les planificateurs testent de nombreux itinéraires. Ils choisissent ensuite celui qui contourne les obstacles. Le bras se déplace ainsi en douceur et en toute sécurité. De plus, les mêmes calculs guident les jambes et les roues. ROS réutilise donc ces méthodes pour de nombreux types de robots.
Navigation et SLAM visuel
Les robots mobiles sont confrontés à un défi de taille : ils doivent savoir où ils se trouvent. Le SLAM visuel aide à résoudre ce problème. Ce terme désigne la localisation et la cartographie simultanées à l’aide de caméras. En bref, le robot construit une carte tout en suivant sa propre position. Il peut ainsi se déplacer dans un nouvel espace en toute confiance.
ROS est livré avec de puissants outils de navigation. Tout d’abord, le robot détecte les murs et les objets. Ensuite, il planifie un itinéraire vers sa destination. Parallèlement, il met à jour la carte au fur et à mesure de son déplacement. Comme les capteurs tels que le LiDAR apportent une information de profondeur, la précision s’en trouve améliorée. Notre article explicatif sur le LiDAR explique pourquoi. Pour voir des systèmes complets en action, consultez notre article sur les robots mobiles autonomes.
Où les robots utilisent-ils ROS aujourd’hui ?
ROS est présent dans une vaste gamme de machines. Dans les entrepôts, les robots l’utilisent pour déplacer des marchandises. Dans les exploitations agricoles, les machines s’en servent pour inspecter les cultures. Parallèlement, les laboratoires de recherche s’en servent pour tester rapidement de nouvelles idées. Ce framework étant ouvert, les start-ups l’adoptent très tôt. De ce fait, les bonnes idées se répandent rapidement dans le secteur.
Les grandes entreprises s’appuient également sur ROS. Par exemple, les robots de livraison et les bras de laboratoire fonctionnent souvent avec ROS en arrière-plan. De plus, de nombreux projets de robots humanoïdes s’appuient sur cette technologie. C’est pourquoi les compétences en ROS ont une réelle valeur sur le marché du travail. En effet, les employeurs le mentionnent dans de nombreuses offres d’emploi dans le domaine de la robotique.
Versions de ROS et communauté
ROS se décline aujourd’hui en deux branches principales. La première version a permis de valider le concept et de conquérir les premiers adeptes. Cependant, la version plus récente offre une sécurité et une vitesse accrues. C’est donc celle que la plupart des nouveaux projets choisissent désormais. Comme les deux versions partagent le même esprit, les compétences acquises avec l’ancienne version restent tout à fait transférables.
Une vaste communauté fait avancer l’ensemble du projet. Par exemple, des bénévoles développent des pilotes pour de nouveaux capteurs et robots. De plus, des entreprises financent des outils essentiels mis à la disposition de tous. En conséquence, la plateforme s’améliore mois après mois.
Comment commencer à apprendre ROS
Un simple ordinateur portable suffit pour commencer. Commencez par installer le logiciel libre et suivez un tutoriel pour débutants. Lancez ensuite un robot simple dans un simulateur. La simulation étant gratuite, vous pouvez vous entraîner sans matériel. Ainsi, les erreurs ne coûtent pas cher et ne présentent aucun risque.
Le soutien de la communauté facilite le parcours. Par exemple, le site officiel de ROS propose des guides et des forums. De plus, des milliers de projets open source présentent du code réel. Vous pouvez donc apprendre en lisant et en modifiant le code. Enfin, un petit robot de loisir permet de mettre la théorie en pratique.
Pourquoi le Robot Operating System est-il important ?
Le système d’exploitation pour robots fait le lien entre les différents aspects de la robotique moderne. Grâce à un langage commun, les équipes construisent des machines plus rapides et plus sûres. De plus, il relie les capteurs, le mouvement et la navigation en un seul et même endroit. Par conséquent, les robots gagnent en capacités chaque année. En résumé, l’apprentissage de ROS ouvre grand la porte vers le monde de l’IA physique.