ROS в робототехнике: что это и зачем нужна Robot Operating System

ROS – одна из аббревиатур, которая регулярно встречается в материалах по робототехнике, учебных программах и требованиях к специалистам. Несмотря на название Robot Operating System, ROS – не обычная операционная система вроде Windows или Linux. Это открытая экосистема программных библиотек, инструментов и компонентов для разработки приложений для роботов. Именно так ROS описывает официальный сайт проекта.

ROS помогает разработчикам в робототехнике не создавать всю программную инфраструктуру робота с нуля. С ее помощью можно организовать взаимодействие между отдельными компонентами системы, подключать готовые библиотеки, запускать несколько частей проекта и использовать инструменты для тестирования и отладки.

Современный робот обычно состоит не из одной программы. Отдельные компоненты могут отвечать за получение данных с датчиков, управление движением, построение маршрута, обработку изображения или взаимодействие с пользователем.

ROS позволяет разделить такую систему на отдельные программные элементы и организовать обмен данными между ними. В терминологии ROS эти элементы называются nodes – узлы. Один узел может получать информацию от камеры, другой – обрабатывать ее, третий – отправлять команды исполнительному механизму. Узлы могут обмениваться данными через topics, services и actions.

Поэтому ROS правильнее воспринимать как инфраструктуру для разработки робототехнического ПО, а не как систему, которая сама «управляет роботом».

Главная задача ROS – упростить создание сложных роботизированных систем. 

Вместо одной большой программы разработчик может разделить проект на независимые компоненты. Это позволяет отдельно разрабатывать, тестировать и заменять части системы.

Например, один модуль получает данные с сенсора, другой определяет положение робота, а третий отвечает за движение. ROS предоставляет механизмы, с помощью которых эти компоненты взаимодействуют друг с другом. В основе экосистемы лежит система передачи сообщений между отдельными частями приложения.

Кроме того, разработчик может использовать существующие библиотеки, драйверы и инструменты экосистемы вместо реализации каждого элемента самостоятельно. Официальный проект ROS как раз позиционирует ее как набор библиотек и инструментов для создания робототехнических приложений.

Чтобы понимать упоминания ROS в вакансиях и учебных программах, достаточно знать несколько основных терминов.

Node – отдельный программный узел, выполняющий определенную задачу. Сложное приложение может состоять из множества таких узлов. Узлы способны отправлять и получать информацию через интерфейсы ROS.

Topic используется, когда один или несколько компонентов постоянно передают данные другим компонентам.

Например, узел камеры может публиковать изображения, а другой узел – получать их для обработки. В ROS 2 topics работают по модели publisher–subscriber: один узел публикует сообщения, другие на них подписываются.

Service подходит для взаимодействия по принципу запрос–ответ. Один компонент отправляет запрос, другой выполняет операцию и возвращает результат.

Action применяется для более продолжительных задач. В отличие от обычного service, действие может сообщать промежуточный прогресс и быть отменено во время выполнения. В документации ROS 2 actions описываются через три части: цель, обратную связь и результат.

Параметры позволяют менять настройки узлов без изменения их программного кода. Например, разные экземпляры одного компонента могут запускаться с разными настройками.

ROS используют при разработке программного обеспечения для различных роботизированных систем. Экосистема предоставляет инструменты для работы с драйверами, алгоритмами и взаимодействием компонентов робототехнического приложения.

Отдельное направление ROS-Industrial расширяет возможности ROS для оборудования и задач, связанных с промышленным производством.

Для начинающего специалиста важнее не запоминать все возможные области применения, а понимать сам принцип: ROS становится связующим слоем между отдельными программными компонентами роботизированной системы. Этот термин полезен для представителей всех профессий в робототехнике.

В материалах по робототехнике можно встретить два обозначения – ROS 1 и ROS 2.

ROS 2 создавалась как новое поколение проекта с учетом изменений, произошедших в робототехнике после появления первой версии ROS.

Последний релиз ROS 1 – Noetic – завершил официальную поддержку 31 мая 2025 года. Поэтому человеку, который начинает изучение сейчас, ориентироваться стоит прежде всего на ROS 2. Старые проекты и учебные материалы по ROS 1 все еще можно встретить, поэтому различать эти версии полезно.

Зависит от профессии и конкретной работы.

ROS особенно важна для специалистов, которые занимаются программной частью роботизированных систем. При этом само знание ROS не заменяет программирование, математику или понимание устройства робота.

Для новичка нет необходимости начинать изучение робототехники именно с ROS. Сначала полезнее разобраться в профессиях, получить базу и понять, с каким направлением хочется работать. После этого можно смотреть требования вакансий и программ обучения.

Если ROS регулярно появляется среди требований выбранной специализации, ее уже имеет смысл осваивать глубже.

Для первого знакомства не требуется быть опытным робототехником. Но для практической работы пригодятся основы программирования и понимание Linux.

В официальных учебных материалах ROS 2 обучение постепенно начинается с базовых понятий и инструментов командной строки, а затем переходит к nodes, topics, services, actions и созданию собственных компонентов.

Также в ROS используются языки программирования. Поэтому перед более глубоким освоением системы полезно иметь хотя бы базовый опыт разработки.

На WikiProf языки и их роль отдельно разбираются в материале «Языки программирования для робототехники: какие нужны и что выбрать».

Упоминание ROS в вакансии обычно показывает, что работа связана с программным обеспечением роботизированных систем и взаимодействием их компонентов. Но требования к специалисту зависят от конкретной роли.

Поэтому ROS логичнее изучать внутри карьерного маршрута:

выбрать профессию → получить базовые знания → определить специализацию → освоить необходимые рабочие инструменты → перейти к проектам и практике.

Именно в таком порядке ROS включена и в roadmap по робототехнике WikiProf.