L’utilisation de robots est souvent rendue difficile par l’enchev\u00eatrement de langages de programmation. Le framework open source ROS (Robot Operating System) doit changer cela. Il offre des fonctions de syst\u00e8me d’exploitation et des outils logiciels permettant de programmer facilement des robots – ind\u00e9pendamment du fabricant de ces derniers. Ce guide explique ce qui se cache derri\u00e8re ROS, quels sont les avantages et les possibilit\u00e9s offerts par ROS et tout ce qui peut d\u00e9j\u00e0 \u00eatre r\u00e9alis\u00e9 aujourd’hui avec ROS.<\/em><\/p>\n\n\n\n Les robots font partie de notre quotidien. Ils aident \u00e0 la production de voitures en usine, transportent des marchandises d’un point A \u00e0 un point B ou assistent \u00e0 des travaux de recherche sous l’eau. Et ce ne sont l\u00e0 que quelques-uns des travaux qu’ils effectuent d\u00e9sormais pour nous, les humains.<\/p>\n\n\n\n Toutes ces activit\u00e9s n\u00e9cessitent une programmation ad\u00e9quate du robot. Le programme lui indique o\u00f9 il doit se d\u00e9placer et ce qu’il doit faire \u00e0 quel endroit – par exemple, se diriger vers une caisse pour y saisir un composant.<\/p>\n\n\n\n En principe, chaque fournisseur de robots a d\u00e9velopp\u00e9 son propre langage de programmation \u00e0 cet effet. Celui qui souhaite utiliser un robot doit donc ma\u00eetriser le langage correspondant. Les entreprises qui travaillent avec des robots de diff\u00e9rents fabricants ont donc besoin d’experts sp\u00e9cifiques pour chaque type, capables de les programmer. Pour cela, les fabricants proposent leurs propres formations, qui peuvent durer plusieurs jours.<\/p>\n\n\n\n Cela peut rendre l’utilisation de robots co\u00fbteuse en temps et en argent. Un tiers des co\u00fbts d’une cellule robotis\u00e9e sont dus \u00e0 l’ing\u00e9nierie logicielle – c’est-\u00e0-dire \u00e0 l’apprentissage du robot.<\/p>\n\n\n\n A cela s’ajoute le fait que les applications ne peuvent pas \u00eatre facilement reproduites. En effet, une application cr\u00e9\u00e9e pour le robot d’un certain fabricant ne peut pas \u00eatre transf\u00e9r\u00e9e facilement \u00e0 celui d’un autre fournisseur. Au lieu de cela, le code complet doit \u00eatre r\u00e9\u00e9crit.<\/p>\n\n\n\n Cela n’est pas seulement inefficace pour l’utilisateur qui souhaite travailler avec diff\u00e9rents robots. Cela complique \u00e9galement le transfert de connaissances entre les diff\u00e9rents types de robots. Les nouvelles applications, qui am\u00e9lioreraient par exemple le travail avec la technologie, ne peuvent se r\u00e9pandre que lentement. Cela entrave les progr\u00e8s de la robotique en g\u00e9n\u00e9ral.<\/p>\n\n\n\n La solution \u00e0 ce probl\u00e8me est en quelque sorte l’ouverture des fronti\u00e8res linguistiques. C’est l’id\u00e9e fondamentale qui se cache derri\u00e8re ROS (Robot Operating System) – un framework open source pour la programmation de robots. ROS a \u00e9t\u00e9 d\u00e9velopp\u00e9 en 2007 par l’institut de robotique Willow Garage dans la Silicon Valley pour le d\u00e9veloppement de son propre robot de service PR2. En 2009, il a \u00e9t\u00e9 publi\u00e9 en open source afin que tout le monde puisse l’utiliser. Depuis 2012, ROS est coordonn\u00e9, maintenu et d\u00e9velopp\u00e9 par l’Open Source Robotics Foundation (OSRF).<\/p>\n\n\n\n Robotic Operating System est \u00e9galement appel\u00e9 m\u00e9ta-syst\u00e8me d’exploitation avec middleware. Concr\u00e8tement, cela signifie que ROS n’est pas un syst\u00e8me d’exploitation en soi, mais qu’il se base sur un syst\u00e8me d’exploitation existant. \u00c0 l’origine, il s’agissait uniquement de Linux, mais depuis, Windows et MacOS sont \u00e9galement pris en charge. Mais ROS offre \u00e9galement des fonctionnalit\u00e9s de syst\u00e8me d’exploitation. Il s’agit par exemple de la gestion des paquets, de l’abstraction mat\u00e9rielle, de la gestion des processus et des pilotes d’appareils qui permettent de transf\u00e9rer le programme cr\u00e9\u00e9 sur l’ordinateur vers le robot.<\/p>\n\n\n\n En outre, ROS met \u00e0 disposition des outils logiciels permettant d’\u00e9crire des programmes pour les robots. Les utilisateurs peuvent utiliser des biblioth\u00e8ques de logiciels qui simplifient la cr\u00e9ation de programmes et qui peuvent \u00eatre adapt\u00e9es de mani\u00e8re flexible.<\/p>\n\n\n\n Comme c’est souvent le cas avec les logiciels libres, ROS est soutenu par une grande communaut\u00e9. Environ 35 000 utilisateurs sont actuellement actifs sur les plates-formes correspondantes. La communaut\u00e9 d\u00e9veloppe pour ROS un grand nombre de paquets avec des fonctions sp\u00e9cifiques. Les utilisateurs peuvent ensuite y recourir pour mettre en \u0153uvre les applications correspondantes avec leur robot. Il existe ainsi des paquets pour la planification de chemin, la navigation ou le traitement d’image.<\/p>\n\n\n\n Depuis 2012, le ROS Industrial Consortium fait avancer le d\u00e9veloppement de ROS au sein de la communaut\u00e9. L’objectif est de rendre le framework, initialement orient\u00e9 vers la robotique de service, \u00e9galement utilisable pour les robots industriels. Le consortium compte aujourd’hui plus de 80 membres. Il s’agit notamment d’instituts de recherche, de fabricants de robots, de groupes techniques, d’entreprises de l’industrie automobile et de fournisseurs de technologies de l’information.<\/p>\n\n\n\n L’Industrial Consortium fournit des paquets pour ROS qui sont con\u00e7us pour r\u00e9pondre aux normes industrielles. Cela signifie que les paquets sont test\u00e9s et document\u00e9s et que leur qualit\u00e9 est assur\u00e9e. Il est ainsi garanti qu’ils sont suffisamment robustes pour \u00eatre utilis\u00e9s dans des environnements industriels. En outre, le consortium propose des formations pour ROS.<\/p>\n\n\n\n Celui qui mise sur ROS pour l’exploitation de ses robots b\u00e9n\u00e9ficie d’une s\u00e9rie d’avantages. Ainsi, ROS permet d’utiliser des langages de programmation modernes tels que Python, Java et C++. Et ce sont des langages qui sont d\u00e9j\u00e0 enseign\u00e9s \u00e0 l’universit\u00e9 ou m\u00eame \u00e0 l’\u00e9cole. Cela r\u00e9duit les obstacles \u00e0 la cr\u00e9ation de programmes robotiques. Il est \u00e9galement possible d’int\u00e9grer dans ROS des biblioth\u00e8ques logicielles qui n’ont pas \u00e9t\u00e9 \u00e9crites sp\u00e9cialement pour les robots – par exemple pour le traitement d’images.<\/p>\n\n\n\n De plus, le manque de reproductibilit\u00e9 ne pose plus de probl\u00e8me. Un robot est capable de comprendre un programme cr\u00e9\u00e9 avec ROS, m\u00eame si celui-ci a \u00e9t\u00e9 \u00e9crit \u00e0 l’origine pour un coll\u00e8gue d’un autre fabricant. Ainsi, les applications peuvent \u00eatre d\u00e9ploy\u00e9es \u00e0 grande \u00e9chelle sans barri\u00e8re linguistique.<\/p>\n\n\n\n En principe, ROS simplifie la cr\u00e9ation de programmes de robot, car les utilisateurs peuvent recourir au savoir-faire d’une grande communaut\u00e9 de d\u00e9veloppeurs. Celui qui souhaite apprendre une t\u00e2che particuli\u00e8re \u00e0 son robot peut puiser dans le grand pool de paquets. Et inversement, les solutions d\u00e9velopp\u00e9es par l’utilisateur pour r\u00e9soudre un probl\u00e8me particulier peuvent \u00eatre mises \u00e0 la disposition de la communaut\u00e9 mondiale.\n<\/p>\n\n\n\n Les possibilit\u00e9s de ROS ne cessent de s’\u00e9tendre. En 2017, une \u00e9volution de ROS a \u00e9t\u00e9 publi\u00e9e avec ROS 2, qui apporte quelques am\u00e9liorations. Parmi elles, la prise en charge de syst\u00e8mes multi-robots – c’est-\u00e0-dire l’utilisation coordonn\u00e9e de plusieurs robots. Dans ROS 1, il manque une m\u00e9thode standard pour la construction de tels syst\u00e8mes.<\/p>\n\n\n\n Une autre limitation concerne le comportement en temps r\u00e9el. Dans le domaine industriel en particulier, il existe de nombreuses applications avec des exigences en temps r\u00e9el pour les robots, qui ne sont pas prises en charge par ROS 1. De telles restrictions et d’autres ont \u00e9t\u00e9 \u00e9limin\u00e9es avec le ROS 2. Le comit\u00e9 de pilotage technique ROS 2 est responsable du d\u00e9veloppement ult\u00e9rieur.<\/p>\n\n\n\n Les avantages peuvent d\u00e9sormais \u00eatre utilis\u00e9s dans de nombreux sc\u00e9narios diff\u00e9rents. Il existe ainsi des pilotes ROS pour plus de 140 robots. Il y a trois ans d\u00e9j\u00e0, la soci\u00e9t\u00e9 d’\u00e9tudes de march\u00e9 ABI Research pr\u00e9voyait que d’ici 2024, pr\u00e8s de 55 % de tous les robots commerciaux utiliseraient au moins un package ROS.<\/p>\n\n\n\n Un \u00e9cosyst\u00e8me s’est \u00e9galement d\u00e9velopp\u00e9 autour de ROS, fournissant diff\u00e9rentes technologies et services. Les experts de l’Institut Fraunhofer pour les techniques de production et l’automatisation (IPA) ont par exemple d\u00e9velopp\u00e9 un logiciel de navigation avec des modules ROS pour les syst\u00e8mes de transport sans conducteur (AGV) utilis\u00e9s dans la production automobile. L’institut est l’une des forces motrices du d\u00e9veloppement et coordonne les activit\u00e9s du ROS Industrial Consortium Europe.<\/p>\n\n\n\n ROS est \u00e9galement int\u00e9ressant pour les entreprises de r\u00e9seau. Ericsson, par exemple, travaille \u00e0 l’utilisation de ROS 2 en combinaison avec la 5G afin de faire progresser les syst\u00e8mes en temps r\u00e9el distribu\u00e9s. Les entreprises qui souhaitent utiliser ROS pour les robots industriels peuvent en outre faire appel aux conseils des prestataires de services correspondants.<\/p>\n\n\n\n Le ROS a \u00e9galement stimul\u00e9 la sc\u00e8ne des start-ups. D’une mani\u00e8re g\u00e9n\u00e9rale, le secteur de la robotique compte actuellement un grand nombre de jeunes entreprises qui d\u00e9veloppent de nouvelles solutions. L’association sectorielle International Federation of Robotics estime qu’environ deux tiers d’entre elles utilisent le framework open source.<\/p>\n\n\n\n L’une d’entre elles est Drag&Bot. Comme quelques autres start-ups, l’entreprise s’est fix\u00e9 pour objectif de simplifier la manipulation des robots. Drag&Bot est une spin-off du Fraunhofer IPA et propose aux entreprises un ensemble de modules logiciels pr\u00eats \u00e0 l’emploi. Ceux-ci peuvent \u00eatre facilement assembl\u00e9s par glisser-d\u00e9poser pour former le programme de robot souhait\u00e9. Il n’est pas n\u00e9cessaire d’avoir des connaissances sp\u00e9cifiques en robotique. Gr\u00e2ce \u00e0 ROS, le logiciel Drag&Bot peut \u00eatre utilis\u00e9 pour les robots de diff\u00e9rents fabricants.<\/p>\n\n\n\n Les grands fournisseurs informatiques comme Google ou Amazon ont \u00e9galement reconnu les avantages de ROS. Ainsi, des plateformes de d\u00e9veloppement pour ROS sont d\u00e9sormais disponibles dans le cloud. Ceux qui utilisent cette offre peuvent donc faire tourner leur application robotique directement dans le cloud.<\/p>\n\n\n\n Les robots de la s\u00e9rie Quadruped Go2 Pro<\/strong><\/a> d’Unitree font partie de ces derniers. Les robots Quadruped conviennent \u00e0 la recherche et au d\u00e9veloppement de syst\u00e8mes autonomes dans les domaines de l’interaction robot-humain, du SLAM et du transport. Gr\u00e2ce \u00e0 leurs quatre jambes, ils peuvent se d\u00e9placer sur de nombreux types de terrains diff\u00e9rents. Ils atteignent ainsi une vitesse de 3,7 m\/s, soit 11,88 km\/h.<\/p>\n\n\n\nLe probl\u00e8me : la programmation<\/h3>\n\n\n\n
La solution : open source, m\u00e9ta-syst\u00e8me d’exploitation avec middleware.<\/h3>\n\n\n\n
Qui fait avancer ROS ?<\/h3>\n\n\n\n
Quels sont les langages de programmation support\u00e9s par ROS ?<\/h3>\n\n\n\n
ROS r\u00e9pond-il d\u00e9j\u00e0 aux exigences du temps r\u00e9el ?<\/h3>\n\n\n\n
Qui mise sur ROS ?<\/h3>\n\n\n\n<\/span>Des sp\u00e9cialistes de la s\u00e9curit\u00e9 comme Pilz s’int\u00e9ressent \u00e9galement aux robots mobiles. Le fournisseur a d\u00e9velopp\u00e9 un scanner laser de s\u00e9curit\u00e9 qui veille \u00e0 ce qu’un AGV effectue son trajet sans collision. Les informations du scanner peuvent \u00e9galement \u00eatre utilis\u00e9es pour guider directement l’AGV ou pour planifier une nouvelle trajectoire. Dans un exemple d’application, le scanner envoie ses donn\u00e9es \u00e0 un PC ROS sur lequel fonctionne un algorithme appel\u00e9 SLAM. Celui-ci s’occupe de la navigation et de la cr\u00e9ation de la carte. Gr\u00e2ce \u00e0 un jumeau num\u00e9rique fonctionnant \u00e9galement sur ROS, l’application peut en outre \u00eatre planifi\u00e9e \u00e0 l’avance.<\/p>\n\n\n\n
Syst\u00e8mes ROS : du quadrup\u00e8de au bras robotis\u00e9<\/h3>\n\n\n\n<\/span>Ces exemples montrent l’\u00e9tendue de l’\u00e9ventail des ROS. Et outre les AGV et les robots industriels, de nombreux autres types de robots peuvent \u00eatre programm\u00e9s sur la base de ROS, du drone au robot \u00e0 quatre pattes.<\/p>\n\n\n\n