From the Desks of ROS Maintainers: A Survey of Modern & Capable Mobile Robotics Algorithms in the Robot Operating System 2
Samsung Research（三星研究院）；Locus Robotics（Locus机器人公司）；Metro Robots（Metro机器人公司）；Cobalt Robotics（Cobalt机器人公司）
本文由核心 ROS Navigation 维护者撰写，全面回顾并分析了 ROS 2 中最先进的机器人导航算法与系统，涵盖新框架、方法对比及专家见解，并对该生态系统的未来发展进行了展望。
2023-07-31 cs.RO
A RoboStack Tutorial: Using the Robot Operating System Alongside the Conda and Jupyter Data Science Ecosystems
Queensland University of Technology（昆士兰科技大学）；QUT Centre for Robotics（昆士兰科技大学机器人中心）；QuantStack；Fondazione Istituto Italiano Di Tecnologia (Italian Institute of Technology)（意大利理工学院）；Microsoft（微软）
我们认为，它是有益的，紧密耦合广泛使用的机器人操作系统与Conda，跨平台，语言无关的包管理器，和基于Web的交互式计算环境，提供科学计算。我们为Conda提供了新的ROS包，使其能够轻松地与数据科学和机器学习包一起安装。多个ROS版本（目前是ROS1 Melodic和Noetic，以及ROS2 Foxy和Galactic）可以在一台机器上同时运行，并提供用于Linux，Windows和OSX以及ARM架构（例如Raspberry Pi和新的Apple Silicon）的预编译二进制文件。为了应对ROS生态系统的庞大规模，我们通过用C++重写关键部分，显著提高了Conda求解器和构建系统的速度。我们进一步贡献了一系列用于ROS的扩展，包括用于实时绘图，调试和机器人控制的插件，以及与Zethus（一个类似RViz的可视化工具）的紧密集成。总的来说，RoboStack结合了数据科学和机器人领域的最佳技术，帮助研究人员和开发人员为他们的学术和工业项目构建定制解决方案。
2021-12-15 cs.RO
AuthROS: Secure Data Sharing Among Robot Operating Systems Based on Ethereum
Hainan University（海南大学）；The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）
机器人操作系统（ROS）简化了人工流程，提高了各种生产任务的效率。然而，ROS中数据传输操作的安全性还不成熟。多个机器人之间的安全数据交换是一个重要的问题。本文提出了\textit{AuthROS}，一种基于以太坊区块链的安全数据共享方法，用于机器人通信。它是一个ROS节点授权系统，能够确保任何规模的ROS节点之间私有数据流的不变性和安全性。为了确保数据安全，AuthROS采用智能合约进行权限授予和识别，基于SM2的密钥交换和基于SM4的明文加密技术。此外，我们部署了一个数据摘要上传技术，以优化数据查询和上传性能。最后，实验结果表明，AuthROS具有很强的安全性，时间性能和节点伪造的情况下，数据应该被记录和机器人需要保持不动。
2022-11-17 cs.RO
Real-World Modeling of a Pathfinding Robot Using Robot Operating System (ROS)
University of Central Florida（中佛罗里达大学）
本文提出了一种实用的方法实现路径查找算法在现实世界和低成本的非商业硬件平台。当使用机器人仿真平台作为我们算法的测试平台时，我们很容易忽略由外部因素发展的现实世界的外生问题。这些问题涉及机器人轮打滑、异步电机、异常传感数据或不稳定的电源。现实世界的动态往往是非常痛苦的，即使是执行简单的算法，如波阵面规划器或A星搜索。本文讨论的设计技术，往往是强大的，以及可重用的任何硬件平台，涵盖的问题，如控制异步驱动器，里程计偏移问题和处理异常的感觉反馈。算法实现介质和硬件设计工具一直保持一般，以目前我们的工作作为一个服务平台，为未来的研究人员和机器人爱好者在路径规划机器人领域的工作。
2018-02-27 cs.RO
ros2probe: Non-intrusive, Kernel-selective Observability for Robot Operating System 2 Middleware
DGIST（大邱庆北科学技术院）
针对ROS 2观测工具因加入DDS域而产生的探针效应（膨胀发现平面、增加反序列化开销、导致丢包偏差），提出ros2probe，通过被动捕获发现包重构通信状态，并利用内核过滤仅提取用户指定主题的包，消除探针效应，保持发现图误差在0.5%以内，无丢包，CPU和内存开销降低最高28倍。
2026-06-09 cs.RO
Robot Operating System 2: Design, Architecture, and Uses In The Wild
Samsung Research America（三星美国研究院）；Open Robotics（开放机器人组织）
机器人革命的下一章正在顺利进行，机器人将被部署到广泛的商业用例中。即使在无数的应用和环境中，机器人也有一个共同的组件词汇表-需要模块化，可扩展和可靠的架构;传感;规划;移动性;和自主性。机器人操作系统（ROS）是最后一章的一个组成部分，它使用免费提供的组件和模块化框架，大大加快了机器人研究的速度。然而，ROS 1并没有设计许多必要的生产级功能和算法。ROS 2及其相关项目已经重新设计，以满足现代机器人系统在各种规模的新领域和探索领域提出的挑战。在这篇评论中，我们强调了ROS 2的哲学和架构变化，为机器人革命的新篇章提供动力。我们还通过案例研究的影响ROS 2和它的采用加速真正的机器人系统可靠的部署在各种各样的挑战性的环境。
2022-11-14 cs.RO
Android Controlled Mobile Robot Design with IP Camera
在这项研究中，实现了基于Arduino卡的移动机器人设计。该机器人可以用作安全机器人、辅助机器人或控制机器人。所设计的机器人有两种操作模式。第一操作模式是自主模式。在这种模式下，机器人借助放置在其周围的超声波传感器检测周围环境，并通过使用编码器跟踪其经过的地方。它能够在不击中任何地方和从它所经过的地方通过的情况下导航，并通过安装在其上的其他系统将患者的脉搏和温度情况传输给用户。IP摄像机还将场景发送到屏幕上。放置在患者旁边的紧急按钮在紧急情况下向用户发送信息。如果再次检测到温度和脉搏异常，则用户给出消息。当预先记录的药物使用时间到来时，系统可以提醒患者。第二种模式是手动模式。在这种模式下，用户可以用Android操作系统移动机器人所需的方向。此外，在自主模式下接收的所有数据都可以发送给用户。因此，即使移动机器人不在机器人附近，用户也可以利用相机图像控制移动机器人。
2021-01-20 cs.AI cs.RO
Prognostic and Health Management (PHM) tool for Robot Operating System (ROS)
Research and Development Department, Inovasyon Muhendislik Ltd. Sti.（Inovasyon Mühendislik有限公司研发部门）
如今，自动感知系统越来越多地用于许多系统中，它是维持自治的关键。所有的工程系统，特别是机器人，都不是完美的。在一定的时间内没有故障是完美的系统，这在实践中是不可能的。在所有的工程工作中，我们必须设法预测或尽量减少/防止系统中的故障。系统中的故障通常是未知的，因此通过预测过程来预测这些故障和系统的可靠性。可靠性分析对于提高系统性能、延长系统寿命等具有重要意义。预测和健康管理（PHM）包括可靠性、安全性、预测性故障检测/隔离、高级诊断/故障分析、组件生命周期跟踪、健康报告和信息管理。本研究提出了一个开源的机器人预测和健康管理工具，使用基于模型的方法，即“ROS的预测和健康管理工具”。此工具是一个通用的工具，用于任何类型的机器人（移动机器人，机器人手臂，无人机等）与ROS兼容。该工具的一些功能是管理/监控机器人的健康状况，RUL，任务完成概率（PoTC）等用户能够输入必要的方程和组件信息（危险率，机器人配置等）。PHM工具和其他传感数据，如温度，湿度，压力，负载等，除了这些，一个案例研究进行移动机器人（OTA）使用此工具。
2020-11-18 cs.RO
iviz: A ROS Visualization App for Mobile Devices
Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）
在这项工作中，我们介绍了iviz，一个移动应用程序的可视化ROS数据。在过去的几年里，ROS的流行程度大大提高，使其成为开源机器人编程的标准平台。这一成功的一个关键原因是为许多任务提供了完善的通用模块，例如本地化、地图绘制、路径规划，以及非常重要的数据可视化。然而，后者的可用性通常仅限于具有Linux操作系统的PC。因此，想要用智能手机或平板电脑查看系统中发生的事情的用户只能使用屏幕镜像或使用rviz的网络浏览器版本等解决方案，而这些解决方案很难从移动界面进行交互。更重要的是，这使得诸如增强现实之类的较新的可视化模式变得不可能。我们的应用程序iviz基于Unity引擎，通过提供一个从头开始设计的可视化平台来解决这些问题，该平台可用于移动平台，如iOS，Android和UWP，并包括对所有三个平台的增强现实的本地支持。如果需要，它也可以在Linux，Windows或macOS的PC中使用，而无需任何更改。
2020-08-28 cs.RO
Software Quality Assessment for Robot Operating System
University of Nebraska-Lincoln（内布拉斯加大学林肯分校）
机器人操作系统（ROS）广泛应用于学术界和工业界，并且重要的是在安全关键的机器人系统中被利用。ROS软件的质量会影响机器人系统的安全性和安全性;因此，必须保证可靠性和质量。源代码静态分析是形式化地进行软件验证的一种重要方法。我们在本文中解决两个问题：（1）进行系统的文献综述研究，以提供一个完整的图片现有的方法，分析不同方面的ROS软件，（2）进行实证研究，以评估软件属性，可以影响ROS的功能。我们利用PMD 1，一个现成的静态分析工具，进行我们的实证研究，在一组使用Java实现的ROS存储库。调查分析显示，在研究机构的一个显着的缺点，缺乏量身定制的分析机制，以评估ROS 2代码，并显示，大多数的研究工作都集中在ROS 1。我们的实证研究表明，ROS 2的Java代码没有受到严重的问题，大多数检测到的警报是代码风格的问题。
2020-12-14 cs.CR cs.RO cs.SE
Extending the OpenAI Gym for robotics: a toolkit for reinforcement learning using ROS and Gazebo
Erle Robotics
本文介绍了使用机器人操作系统（ROS）和Gazebo模拟器对OpenAI Gym进行机器人扩展。内容讨论的软件架构建议和使用两个强化学习技术：Q-学习和Sarsa获得的结果。最终，这项工作的输出提出了一个机器人基准测试系统，允许使用相同的虚拟条件比较不同的技术和算法。
2017-02-07 cs.RO
Enabling Novel Mission Operations and Interactions with ROSA: The Robot Operating System Agent
NASA Jet Propulsion Laboratory（美国国家航空航天局喷气推进实验室）；California Institute of Technology（加州理工学院）
针对机器人操作需专业知识、非专家难以使用的问题，本文提出AI驱动的ROSA智能体，通过自然语言界面连接ROS，支持多模态交互与跨中间件扩展，提升操作效率并确立负责任AI应用标准。
2025-02-13 cs.AI cs.HC cs.RO
HyperGraph ROS: An Open-Source Robot Operating System for Hybrid Parallel Computing based on Computational HyperGraph
School of Electrical and Information Engineering, Tianjin University（天津大学电气与信息工程学院）
HyperGraph ROS 通过计算超图统一进程内、进程间和跨设备通信，结合 Intel-TBB 与 ZeroMQ 实现混合并行计算，相比 ROS 2 显著提升了传输与吞吐效率。
2025-03-07 cs.OS cs.RO
SOTER on ROS: A Run-Time Assurance Framework on the Robot Operating System
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Amazon（亚马逊）
我们提出了一个实现SOTER，运行时间的保证框架，用于构建安全的分布式移动机器人（DMR）系统，机器人操作系统（ROS）的顶部。DMR系统的安全性在设计时并不总能得到保证，尤其是当使用复杂的现成组件时，这些组件无法轻易验证。SOTER通过为DMR系统的运行时间保证提供基于语言的方法来解决这个问题。SOTER使用P语言实现了反应式机器人软件，P语言是一种专用于实现异步事件驱动系统的领域语言，同时还提供了一个集成的运行时间保证系统，允许程序员使用未加固的组件，但仍然提供安全保证。我们描述了一个实施SOTER ROS和证明其有效性使用多机器人监控案例研究，多个运行时间保证模块。通过严格的模拟，我们表明，SOTER启用系统确保安全，即使使用未知和不可信的组件。
2020-08-21 cs.AI cs.PL cs.RO
ROS georegistration: Aerial Multi-spectral Image Simulator for the Robot Operating System
Air Force Research Laboratory（美国空军研究实验室）
本文介绍了一个名为ROS地理配准的软件包，该软件包旨在与Robot操作系统（ROS）和Gazebo 3D仿真环境一起使用。ROSgeoregistration提供了用于模拟、测试和部署航空地理配准算法的工具，并通过本文提供的链接提供。提供了一个模型创建软件包，该软件包从谷歌地球引擎数据库下载多光谱图像，并在必要时将这些图像合并为一个可能非常大的参考图像。此外，提供了一个Gazebo插件，该插件使用实时传感器姿态和图像形成模型来使用指定的参考图像生成模拟图像，以及用于UAV相关数据的相关插件。这项工作的新颖性有三个方面：（1）这是第一个将Google Earth Engine的大规模多光谱成像数据库链接到Gazebo模拟器的系统，（2）这是第一个可以从同一地形区域的多个传感器视图模拟地理空间和辐射精确图像的系统示例，与其他UAS工具的集成创建了一个新的整体UAS仿真环境，以支持UAS系统和子系统的开发，其中真实世界的测试通常是禁止的。将感测到的图像和地面实况配准信息发布到客户端应用程序，客户端应用程序可以与来自其他有效载荷传感器的遥测同步地接收图像，IMU、GPS/GNSS、气压计和风速传感器数据。为了突出功能，我们演示了用于模拟电光（EO）和合成孔径雷达（SAR）图像传感器的ROSgeoregistration，以及用于开发和评估基于图像的UAS位置反馈的示例用例，即，用于基于图像…
2022-01-19 cs.CV cs.RO
Volatile memory forensics for the Robot Operating System
ALIAS ROBOTICS（艾利亚斯机器人技术公司）；JOANNEUM RESEARCH（约翰内姆研究所）
机器人技术对工业和社会的影响越来越大，必然会导致机器人参与事故和灾难。在这种情况下，法医分析是关键技术，可以提供有用的证据，说明发生了什么，并试图防止未来的事件。本文讨论Robot操作系统（ROS）的易失性内存取证。作者首先概述了机器人技术中的取证技术，然后介绍了一个名为linux_rosnode的机器人特定的Volatility插件，该插件封装在ros_volatility项目中，旨在从机器人的易失性存储器中提取证据。他们演示了如何使用此插件来检测ROS上的特定攻击模式，其中发布者节点在外部未注册，导致拒绝服务和机器人行为中断。一步一步地介绍了执行取证分析的常见做法，并描述了捕获内存的几种技术。作者最后介绍了一些未来的意见，同时提供参考，以复制他们的工作。
2018-12-22 cs.CR cs.RO
Sequence Planner - Automated Planning and Control for ROS2-based Collaborative and Intelligent Automation Systems
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；Group Trucks Operation, Research & Technology Development (R&TD)（集团卡车运营研发部）
基于机器人操作系统（ROS）的系统易于使用新的在线算法和设备进行扩展。然而，对于协调大量异构子系统的支持相对较少。在本文中，我们提出了一个体系结构的模型和控制的协作和智能自动化系统的分层方式。
2019-03-14 cs.RO
A ROS2 based communication architecture for control in collaborative and intelligent automation systems
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；Volvo Group Trucks Operations（沃尔沃集团卡车运营公司）
协作机器人正在成为现代工业智能自动化系统的一部分。这些系统的开发和控制不同于传统的自动化方法，因此带来了新的挑战。值得庆幸的是，机器人操作系统（ROS）提供了一个通信平台和各种各样的工具和实用程序，可以帮助开发。然而，由于分布式设置中的通信问题，很难在大型自动化系统中使用ROS，因此开发了ROS2。在本文中，一个基于ROS2的通信体系结构的协同和智能自动化系统的工业用例一起。
2019-05-23 cs.RO
Development of a Human-Robot Interaction Platform for Dual-Arm Robots Based on ROS and Multimodal Artificial Intelligence
Trường Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội（河内国家大学科技大学）
本文开发了基于ROS和多模态AI的双臂机器人人机交互平台，实现高精度操作、物体抓取分类及语音控制，实验验证了系统准确性与灵活性。
2024-11-08 cs.RO
A Solution to the Generalized ROS Hardware IO Problem -- A Generic Modbus/TCP Device Driver for PLCs, Sensors and Actuators
Institute for Aircraft-Production-Technology（飞机制造技术研究所）；Hamburg University of Technology（汉堡工业大学）
针对ROS在工业环境中缺乏通用物理IO集成方案的问题，本文提出并实现了一种通用的Modbus/TCP设备驱动程序，使ROS能够统一接入PLC、传感器和执行器。
2021-12-21 cs.RO
ReconROS Executor: Event-Driven Programming of FPGA-accelerated ROS 2 Applications
Paderborn University（帕德博恩大学）
机器人领域的许多应用都可以从FPGA加速中受益。相应的关键问题是如何将硬件加速器集成到以软件为中心的机器人编程环境中。最近，有几种方法已经证明了机器人操作系统（ROS），在机器人技术中占主导地位的编程环境的硬件加速。ROS是一个中间件层，其特点是将复杂的机器人应用程序组成为一组节点，这些节点通过发布/订阅等机制进行通信，并将它们分布在多个计算平台上。在本文中，我们提出了一种新的方法，基于事件的编程的机器人应用程序，利用ReconROS，灵活映射ROS 2节点的框架，无论是软件或可重构硬件。ReconROS执行器调度ROS 2节点的回调，并利用可重新配置的插槽模型和部分运行时重新配置来按需加载基于硬件的回调。我们描述了ReconROS执行器的方法，给出设计实例，并通过实验评估其功能的例子。
2022-01-19 cs.RO
ROS Based Visual Programming Tool for Mobile Robot Education and Applications
Inovasyon Muhendislik Ltd. Sti.（伊诺瓦逊工程有限公司）
可视化程序设计语言（VPL）提供无需键入文本的编码。VPL通过自动添加一些常用的代码结构，使程序员更容易编写代码。编码初学者通常有两个主要挑战：将想法转换为逻辑表达式和语法错误。VPL不可能出现重复错误，因为没有忘记的括号和括号。VPL为程序员提供了专注于算法的工具。VPL是教育机器人环境的新趋势。在这项研究中，机器人操作系统（ROS）兼容的基于Web的可视化编程系统已经开发的evarobot。ROS提供库和工具来帮助软件开发人员创建机器人应用程序。它提供硬件抽象、设备驱动程序、库、可视化工具、消息传递、包管理等。Blockly已被用作研究的VPL，并用于生成/使用模块（通信、传感等）。在该系统中，服务器端和客户端之间的通信由rosbridge软件包提供支持。连接到ROS的Web页面，它使用roslibjs库在服务器上运行。Rosbridge为非ROS程序提供了一个JSON API到ROS功能。
2020-11-27 cs.RO
Testing, Verification and Improvements of Timeliness in ROS processes
University of Sheffield（谢菲尔德大学）
本文讨论了在机器人操作系统（ROS）中使用计算时间可行性的形式化验证来提高机器人响应时间的问题。为了验证机器人在不确定信号处理时间下的实时的行为，提出了基于概率定时程序（PTPs）的ROS控制系统中数据流的时间性形式化验证方法.为了计算在一定的时间限制下成功的概率，并证明我们的方法的强度，一个案例研究中实施的机器人代理的操作时间验证使用PRISM模型检查器，它指向可能的增强机器人代理的操作。
2016-11-10 cs.RO
Message Flow Analysis with Complex Causal Links for Distributed ROS 2 Systems
Polytechnique Montréal（蒙特利尔综合理工学院）
分布式机器人系统在很大程度上依赖于网络订阅通信范式和支持它的中间件框架，如机器人操作系统（ROS），以有效地实现模块化计算图。ROS2执行器是一个处理ROS2消息的高级任务调度器，它是一个性能瓶颈。我们扩展了ros2_tracing，一个框架与仪器和工具的实时跟踪的ROS 2，跨分布式ROS 2系统的消息流的分析和可视化。我们的方法检测输入和输出消息之间的一对多和多对多的因果联系，包括通过简单的用户级注释的间接因果联系。我们验证我们的方法在合成和真实的机器人系统，并证明其低运行时开销。此外，可以进一步利用底层中间执行表示数据库来提取附加度量和高级结果。这可以为进一步研究和改进ROS 2执行器以及优化任何ROS 2系统提供有价值的时间和调度信息。源代码可在https://github.com/christophebedard/ros2-message-flow-analysis上获得。
2023-01-02 cs.RO
A localization approach for autonomous underwater vehicles: A ROS-Gazebo framework
University of Coimbra（科英布拉大学）；Ingeniarius, Ltd.（Ingeniarius有限公司）
自主水下航行器（AUV）能够在恶劣的水下环境中工作，而不会危及人类生命。然而，就像地面和空中的同类一样，AUV需要能够估计自己的位置。然而，与地面和空中机器人不同，估计AUV的姿态非常具有挑战性，市场上只有少数高成本的技术解决方案。在本文中，我们提出了一个现实的水下声学模型的发展，在机器人操作系统（ROS）和露台模拟器框架内实现，使用一组水面机器人，水下传播声波的飞行时间，和一个简化遗传算法的方法定位的AUV。
2018-11-14 cs.RO
Autonomous Navigation with Mobile Robots using Deep Learning and the Robot Operating System
Imperial College London（帝国理工学院）；AIOZ Ltd.（AIOZ有限公司）
自主导航是机器人研究的一个长期领域，它为移动机器人提供了一种基本的能力，使其能够在人类日常执行的相同环境中执行一系列任务。在本章中，我们提出了一套算法，训练和部署深度网络的自主导航的移动机器人使用机器人操作系统（ROS）。我们描述了解决这个问题的三个主要步骤：i）使用ROS和Gazebo在模拟环境中收集数据; ii）设计用于自主导航的深度网络; iii）在模拟和现实世界中的移动机器人上部署学习策略。从理论上讲，我们提出了深度学习架构，用于在正常环境中进行鲁棒导航（例如，人造房屋、道路）和复杂环境（例如，倒塌的城市或天然洞穴）。我们进一步表明，使用视觉模态，如RGB，激光雷达和点云是必不可少的，以提高移动机器人的自主性。我们的项目网站和演示视频可以在https://sites.google.com/site/autonomousnavigationros上找到。
2020-12-07 cs.RO
Robots that Sync and Swarm: A Proof of Concept in ROS 2
University of Klagenfurt（克拉根福大学）
最近提出了一个统一的数学模型的同步和群集。每个系统实体，称为“swarmalator”，以这两个属性相互耦合的方式与其他实体协调其内部相位和位置。本文首次在技术系统中认识和研究了自适应振荡器的概念。我们适应和扩展其使用移动机器人的原始模型，并在机器人操作系统2（ROS 2）中实现它。小型机器人的仿真和实验证明了该模型的可行性，并显示其潜在的应用于现实世界的系统。在理论上实现的所有类型的时空模式都可以在实践中重现。应用可以在监测、探索、娱乐和艺术等领域找到。
2019-09-12 cs.RO
HyperDog: An Open-Source Quadruped Robot Platform Based on ROS2 and micro-ROS
Skoltech（斯科尔科沃科学技术研究院）
四足步行机器人的设计与开发是目前一个十分活跃的科研领域。事实上，与其他移动机器人相比，足式机器人由于其适应恶劣地形和各种环境条件的能力而变得流行。随着人们对足式机器人实验的需求越来越高，越来越多的研究者和工程师需要一种经济、快速的运动算法开发方法。在本文中，我们提出了一种新的开源四足机器人HyperDog平台，它具有12个RC伺服电机，板载NVIDIA Jetson纳米计算机和STM32 F4 Discovery板。HyperDog是一个用于四足机器人软件开发的开源平台，它基于Robot操作系统2（ROS 2）和micro-ROS。此外，HyperDog是一种完全由3D打印部件和碳纤维制成的四足机器狗，这使得机器人具有较轻的重量和良好的强度。这项工作的想法是展示一个负担得起的和可定制的机器人开发方式，并提供研究和工程师与足式机器人平台，在不同的算法可以在仿真和真实环境中进行测试和验证。已开发的项目和代码可在GitHub（https：//github.com/NDHANA94/hyperdog_ros2）上获得。
2022-09-19 cs.RO
A Systematic Comparison of Simulation Software for Robotic Arm Manipulation using ROS2
University of Glasgow（格拉斯哥大学）；National Manufacturing Institute in Scotland（苏格兰国家制造研究所）
仿真软件是机器人研究的强大工具，它允许真实世界的虚拟表示。然而，随着机器人操作系统（ROS）的兴起，有新的仿真软件包，还没有在文献中进行比较。本文提出了一个系统的审查与ROS版本2兼容的仿真软件。重点是机器人手臂操作的研究，因为它代表了工业中最常用的机器人应用及其未来对数字孪生的适用性。为此，我们在类似的参数，任务和场景下对仿真软件进行基准测试，并根据其长期运行的能力，完成任务的成功率，可重复性和资源使用情况对其进行评估。我们发现，没有最好的仿真软件整体，但两个仿真包（点火和Webots）有更高的稳定性比其他，而在资源使用方面，PyBullet和Coppeliasim消耗低于他们的竞争对手。
2022-04-13 cs.RO
Budget-based real-time Executor for Micro-ROS
Robert Bosch GmbH（罗伯特·博世股份有限公司）
机器人操作系统（ROS）是一种流行的机器人中间件框架。在过去的几年里，它经历了重新设计和重新实施的名称为ROS~2。它现在具有QoS可配置的通信和灵活的分层架构。Micro-ROS是专门为资源受限的微控制器（MCU）开发的变体。此类MCU通常用于机器人中的传感器和执行器，用于时间关键的控制功能以及安全性。虽然ROS 2的执行管理已经被Executor概念所解决，但其缺乏实时的【形】能力使其不适合工业使用。尽管先进的实时的【形】调度算法是众所周知的，并且在现代RTOS中是可用的，但是既不可能定义执行顺序，也不可能将调度参数分配给任务。例如，NuttX RTOS支持基于预留的调度的变体，这对工业应用非常有吸引力：它允许将执行时间预算分配给软件组件，以便系统集成商可以保证整个系统的实时的【形】要求。本文首次提出了一种ROS~2执行器的设计，使操作系统具有实时的【形】调度能力。特别是，我们成功地展示了基于NuttX RTOS的调度与STM32微控制器上的微ROS应用程序。
2021-05-18 cs.OS cs.RO
ROS 2 on a Chip, Achieving Brain-Like Speeds and Efficiency in Robotic Networking
Acceleration Robotics（加速机器人公司）
本文提出将ROS 2消息传递基础设施直接嵌入专用硬件芯片，FPGA原型实现微秒级收发，相比CPU软件实现大幅提升通信速度与能效并极大降低延迟。
2024-04-28 cs.RO
Integrating Soft Robotics with ROS - A hybrid pick and place arm
University of Edinburgh（爱丁堡大学）
软机器人系统为解决复杂问题提供了各种新的机会。例如，使用软机器人夹具可以简化任务的复杂性，例如抓取不规则和精细的物体。然而，学术界和工业界对软机器人技术的采用一直很缓慢，部分原因是每次使用软系统组件都必须从头开始开发大量的硬件和软件。在本文中，我们详细介绍了设计，制造和验证的开源框架，我们设计的，以降低门槛进入软机器人子系统集成。这个框架是建立在ROS（机器人操作系统），我们用它来展示一个模块化的，软，硬混合系统，能够完成拾取和放置任务。通过降低进入门槛，我们希望系统设计人员和研究人员能够轻松地将软组件集成到现有的支持ROS的机器人系统中。
2017-02-02 cs.RO
Evaluation of Smartphone IMUs for Small Mobile Search and Rescue Robots
ShanghaiTech University（上海科技大学）
小型移动机器人是搜救机器人的一个重要类别。将所有必要的组件集成到这样的小型机器人中是一项艰巨的工程任务。智能手机已经被工业界制造得体积小、重量轻、价格便宜，因此是作为此类机器人主控制器的绝佳候选者。在本文中，我们概述了如何在Android设备上使用ROS，然后评估一个对移动机器人非常重要的传感器：惯性测量单元（IMU）。在静态和动态条件下进行了实验，以测量三个智能手机和三个专业的IMU的IMU的误差。在实验中，我们使用的跟踪系统和自主移动机器人。
2019-12-03 cs.RO
Plantbot: A New ROS-based Robot Platform for Fast Building and Developing
Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学）；Tongji University（同济大学）
近年来，机器人操作系统（Robot Operating System，ROS）发展迅速，以其灵活、开源、广泛等优点在机器人研究中得到了广泛的应用。在科学研究中，相应的硬件平台是实验不可缺少的。在移动机器人领域，PR2，Turtlebot 2和Fetch通常被用作研究平台。尽管这些平台功能齐全且应用广泛，但它们昂贵且体积庞大。\u 2019更重要的是，这些机器人不容易根据要求重新设计和扩展。为了克服这些限制，我们提出了Plantbot，这是一种易于构建的低成本机器人平台，可以根据需求重新设计和扩展。它不仅可以应用于快速算法验证，还可以应用于简单的工厂检查和ROS教学。本文从硬件设计、运动学、控制方法等几个方面介绍了该机器人平台。最后在机器人平台上进行了SLAM和导航两个实验。这个平台的源代码是可用的。
2018-04-08 cs.RO
ChoiRbot: A ROS 2 Toolbox for Cooperative Robotics
University of Bologna（博洛尼亚大学）
在本文中，我们介绍ChoiRbot，一个工具箱，分布式合作机器人的基础上，新的机器人操作系统（ROS）2。ChoiRbot提供了一个功能齐全的工具集来执行复杂的分布式多机器人任务，无论是在模拟还是实验中，特别关注没有中央协调器的异构机器人网络。由于其模块化结构，ChoiRbot允许高度直接实现基于优化的分布式控制方案，如分布式最优控制，模型预测控制，任务分配，其中本地计算和与相邻机器人的通信交替进行。为此，工具箱提供了解决分布式优化问题的功能。该软件包还可以用于实现分布式反馈法，不需要优化功能，但需要机器人之间的信息交换。的工具箱的潜力与移动地面机器人的分布式机器人方案的模拟和实验说明。ChoiRbot工具箱可在https://github.com/OPT4SMART/choirbot上找到。
2021-03-12 cs.RO
Robotic-supported Data Loss Detection in Android Applications
Federal University of Pernambuco（伯南布哥联邦大学）
本研究针对安卓应用手动测试的缺陷，提出机器人辅助数据丢失检测工具R-DLD，从77款应用中识别341个数据丢失问题，获开发者89.55%确认、35.82%修复。
2026-10-16 cs.RO cs.SE
An implementation of ROS Autonomous Navigation on Parallax Eddie platform
Universiti Brunei Darussalam（文莱达鲁萨兰大学）
提出了一种基于机器人操作系统（ROS）的自主导航功能在轮式差动驱动移动平台Eddie机器人上的实现方法。ROS是一个框架，包含许多可重用的软件栈以及可视化和调试工具，为任何机器人项目开发提供了理想的环境。本文的主要贡献是描述了Eddie机器人的定制硬件和软件系统设置，以与ROS中的自主导航系统（称为Navigation Stack）一起工作，并实现一个自主导航的应用用例。在本文中，选择拍照来演示移动机器人的一个用例。
2021-08-28 cs.CV cs.RO
Utilizing ROS 1 and the Turtlebot3 in a Multi-Robot System
The University of Toledo（托莱多大学）
ROS（Robot操作系统）已经成为测试新算法、替代硬件配置和原型的普遍应用。通过使用其模块化框架进行研究，它可以简化共享新工作和集成。然而，它有许多新的功能和术语，对于新用户来说可能需要相当多的时间来学习。本文将探讨如何设置和配置ROS和ROS包，以便在单个主网络上与多机器人系统一起工作。
2020-11-20 cs.RO cs.SY eess.SY
Project-Based Learning for Robot Control Theory: A Robot Operating System (ROS) Based Approach
Robotics Engineering Department（机器人工程系）；Worcester Polytechnic Institute（沃斯特理工学院）
本文提出六个项目式任务，利用ROS和Gazebo模拟环境，帮助学生通过实践掌握控制理论和机器人技术，弥补理论与实践的差距。
2023-05-18 cs.RO cs.SY eess.SY
Modular Customizable ROS-Based Framework for Rapid Development of Social Robots
Intelligent Systems Research Center, SKKU（成均馆大学智能系统研究中心）
提出开源框架SROS，通过模块化分层架构集成ROS、Web和Android，实现感知与交互技能的即插即用部署，支持社交机器人的快速原型开发与跨域同步交互。
2023-11-27 cs.RO cs.SE cs.SY
ROSAnnotator: A Web Application for ROSBag Data Analysis in Human-Robot Interaction
University of Melbourne（墨尔本大学）
针对人机交互领域缺乏ROSBag定性分析专用工具的问题，研究人员开发了融合多模态LLM的网页应用ROSAnnotator，支持手动与自动多模态标注及自定义扩展，提升HRI数据分析效率。
2025-01-13 cs.HC cs.RO
ROS2Learn: a reinforcement learning framework for ROS 2
Acutronic Robotics（Acutronic机器人技术公司）
我们提出了一个新的框架，深度强化学习（DRL）模块化机器人训练机器人直接从关节状态，使用传统的机器人工具。我们使用一个国家的最先进的实现的近端策略优化，信任域策略优化和Actor-Critic Kronecker因子的信任域算法学习政策，在四个不同的模块化关节机械臂（MARA）环境。我们使用与机器人中使用的典型工具（如Gazebo和Robot操作系统2（ROS 2））通信的框架来支持此过程。我们评估了几种算法在模块化机器人与仿真的实证研究。
2019-03-18 cs.AI cs.LG cs.RO
ROSfs: A User-Level File System for ROS
ShanghaiTech University（上海科技大学）
本文提出面向 ROS 的用户级文件系统 ROSfs，通过带标签子文件和时间索引支持修改中的灵活查询及多机器人协作，实验显示其离线查询最高提速129倍、在线跨机器人查询延迟最高降低7倍。
2024-06-15 cs.DB cs.OS cs.RO
A ROS-based Framework for Monitoring Human and Robot Conditions in a Human-Multi-robot Team
Purdue University（普渡大学）
本文提出了一种框架，用于监测人类和机器人的条件下，人类多机器人的互动。该框架由4个模块组成：1）人机状态监测接口，2）同步时间过滤器，3）数据特征提取接口，4）状态监测接口。该框架基于机器人操作系统（ROS），支持生理和行为传感器和设备以及机器人系统，以及自定义程序。此外，它允许同步监控条件并同时共享它们。为了验证所提出的框架，我们目前的实验结果和分析，从用户的研究，其中30个人类受试者参与和模拟机器人实验。
2020-06-06 cs.HC cs.RO
Autonomous Intruder Detection Using a ROS-Based Multi-Robot System Equipped with 2D-LiDAR Sensors
North South University（北南大学）
自主移动机器人在机器人安全平台中的应用正成为一个有前途的创新领域，因为它们具有通过广泛的传感器感知潜在干扰的自适应能力。研究人员已经提出了系统，无论是专注于利用一个单一的移动机器人或合作的多个机器人的系统。然而，所提出的工作中，特别是在多机器人系统领域中，很少完全依赖于LiDAR传感器来实现各种任务。当机器人上的其他传感器在特定条件下无法提供峰值性能时，这一点至关重要，例如相机在没有光线的情况下工作。本文提出了一种多机器人系统，开发使用ROS（机器人操作系统）入侵者检测在一个单一的范围传感器每个机器人的情况下，集中处理所有机器人的检测，我们的中央机器人MIDNet（多入侵者检测网络）。这项工作的目的是提供一个自主的多机器人安全解决方案，在没有人类人员的仓库。
2020-11-07 cs.CV cs.MA cs.RO
Pound: A ROS node for Reducing Delay and Jitter in Wireless Multi-Robot Networks
Centro Universitario de la Defensa（国防大学中心）；Purdue University（普渡大学）；KTH Royal Institute of Technology（瑞典皇家理工学院）
机器人操作系统（ROS）正迅速成为构建机器人系统的事实上的框架，这要归功于它的灵活性和在机器人社区中得到的广泛接受。随着它的普及，它也开始被用于多机器人系统。然而，该平台所依赖的用于连接所谓的ROS节点的TCP连接在用于无线ad-hoc网络时在有限带宽、延迟和抖动方面存在若干问题。在本文中，我们提出了一个深入的分析问题，并提出了一个新的ROS节点称为庞德，以提高无线通信性能。Pound允许使用多个ROS核心，并引入了一个优先级方案，支持更重要的流，而不是不太重要的流，从而减少了单跳和多跳网络的延迟和抖动。我们比较庞德的国家的最先进的解决方案，并表明，它表现得同样好，或更好地在所有的测试情况下，包括控制网络的例子。
2017-07-26 cs.NI cs.RO
Scanning the Internet for ROS: A View of Security in Robotics Research
Brown University（布朗大学）
由于机器人可以直接感知和影响物理世界，因此安全问题尤为重要。在本文中，我们描述了我们的工作扫描整个IPv4地址空间的互联网的机器人操作系统（ROS），广泛使用的机器人平台的研究实例的结果。我们的研究结果表明，许多支持ROS的主机暴露在公共互联网上，从而允许任何人访问机器人传感器和执行器。作为概念验证，在征得同意的情况下，我们能够读取图像传感器信息，并移动美国一所大学研究小组的机器人。本文概述了我们的研究结果，包括公共访问平台的地理分布，可用的传感器和执行器数据的种类，以及我们扫描发现的不同类型的机器人和传感器。此外，我们还提供了有关最佳实践的建议，以在未来缓解这些安全问题。
2018-07-23 cs.CR cs.RO
A study and design of localization system for mobile robot based on ROS
近年来，移动机器人由于广泛应用于日常生活的各个领域，受到了众多研究者的关注。本文应用虚拟机器人操作系统（ROS）平台开发了机器人运动定位系统。该系统是基于相对和绝对测量方法的组合，其中的数据从编码器，数字罗盘，和激光扫描仪传感器融合使用扩展卡尔曼滤波器（EKF）。该系统还成功地消除了由环境引起的误差以及误差积累。实验结果表明，该系统具有良好的位姿精度和稳定性，可进一步应用于室内环境下的机器人工作。
2021-09-12 cs.RO cs.SY eess.SY
Proposal of ROS-compliant FPGA Component for Low-Power Robotic Systems
Utsunomiya University（宇都宫大学）
近年来，机器人被要求是自主的，并且它们的机器人软件是复杂的。机器人有一个性能不足的问题，因为它不能配备一个高性能的微处理器，由于电池电源操作。另一方面，FPGA器件可以通过实现定制电路来加速机器人系统中的特定功能，而不会增加功耗。但是，由于与软件相比FPGA电路的开发成本很大，因此难以将FPGA器件引入机器人。因此，在这项研究中，我们提出了一个FPGA组件技术，易于集成的FPGA到机器人，这是符合ROS（机器人操作系统）。作为案例研究，我们使用Xilinx Zynq平台设计了符合ROS标准的FPGA图像标记组件。开发的ROS组件FPGA组件执行速度比普通ROS软件组件快1.7倍。
2015-08-28 cs.AR cs.DC cs.RO
Generating Safe Autonomous Decision-Making in ROS
imec（比利时微电子研究中心）；KU Leuven（鲁汶大学）
机器人操作系统（ROS）是一种广泛用于构建机器人系统的框架。它提供了各种可重复使用的包和新开发的模式。如何将这些元素组合起来，并将它们与自主行为的决策相集成，这取决于开发人员。一般来说，这种决策最受重视的特点是安全保证。在这项研究中，我们提出了一个正式的方法来生成安全的自主决策ROS。我们首先描述了如何改进我们现有的静态验证方法来验证多目标多智能体决策。在此之后，我们描述了如何从改进的静态验证方法过渡到建议的运行时验证方法。这项研究建议的初步实施产生了可喜的成果。
2022-09-28 cs.LO cs.MA cs.RO
gym-gazebo2, a toolkit for reinforcement learning using ROS 2 and Gazebo
Acutronic Robotics（Acutronic Robotics（机器人公司））
本文提出了一个升级的，面向现实世界应用的版本gym-gazebo，机器人操作系统（ROS）和基于Gazebo的强化学习（RL）工具包，它符合OpenAI Gym。讨论了新的基于ROS 2的软件体系结构，并总结了使用近端策略优化（PPO）获得的结果。最终，这项工作的输出提出了一个机器人基准测试系统，允许使用相同的虚拟条件比较不同的技术和算法。我们已经评估了模块化关节机械臂（MARA）不同复杂程度的环境，达到毫米级的精度。融合结果显示了gym-gazebo 2工具包的可行性和实用性，以及其在使用模块化机器人的工业用例中的潜力和适用性。
2019-03-18 cs.AI cs.LG cs.RO
MeROS: SysML-based Metamodel for ROS-based Systems
Warsaw University of Technology（华沙理工大学）
针对机器人操作系统ROS缺乏现代化元模型的问题，本文提出基于SysML的MeROS元模型，覆盖ROS1与ROS2版本，新增概念分组功能，经实际案例验证，可借助通用SysML工具以系统工程理念开发机器人控制器。
2023-08-25 cs.RO cs.SE
Monitoring ROS2: from Requirements to Autonomous Robots
KBR（KBR公司）；NASA Ames Research Center（美国国家航空航天局艾姆斯研究中心）；Virginia Commonwealth University（弗吉尼亚联邦大学）
可验证性验证（RV）有可能实现过于复杂而无法正式验证的安全关键系统的安全操作，例如机器人操作系统2（ROS2）应用程序。编写正确的监视器本身可能很复杂，而且监视子系统中的错误会威胁到整个任务。本文提供了一个正式的方法来生成运行时监视器的自主机器人从结构化的自然语言编写的要求的概述。我们的方法集成了形式化需求获取工具（FRET）与Copilot，一个运行时验证框架，通过Ogma集成工具。FRET用于指定具有明确语义的需求，然后将其自动转换为时态逻辑公式。Ogma从FRET输出中生成监视器规格，这些规格被编译成硬实时的C99。为了方便在ROS2中集成监视器，我们扩展了Ogma以生成定义监视节点的ROS2包，这些节点在新数据可用时运行监视器，并发布任何违规的结果。我们的方法的目标是将生成的ROS2包视为黑盒，并以最小的努力将它们集成到更大的ROS2系统中。
2022-09-28 cs.CL cs.FL cs.RO
