隨著自主性提升、傳感器數(shù)量與種類(lèi)以及傳感器融合算法的日益增加，機(jī)器人正變得越來(lái)越復(fù)雜。為了運(yùn)行這些日益復(fù)雜的工作負(fù)載，必須利用硬件加速，使機(jī)器人應(yīng)用能夠以更快的速度和更高的效率運(yùn)行更大規(guī)模的工作負(fù)載。

NVIDIA Isaac ROS始終致力于為 ROS 開(kāi)發(fā)者提供加速計(jì)算軟件包和工具，用以開(kāi)發(fā)高性能且節(jié)能的機(jī)器人應(yīng)用。

NVIDIA 率先將加速計(jì)算納入了 ROS 2，并不斷改進(jìn)更新版本。在過(guò)去的兩年中，NVIDIA 已增加了 20 多個(gè)硬件加速 ROS 軟件包，支持最新發(fā)行的 ROS 2。

團(tuán)隊(duì)去年與 Open Robotics 一起，在提供硬件加速器的計(jì)算平臺(tái)上加入了適應(yīng)和類(lèi)型協(xié)商以提高 ROS 的性能。他們還實(shí)現(xiàn)了用于 Isaac ROS 的適應(yīng)和類(lèi)型協(xié)商——NITROS（NVIDIA Isaac Transport for ROS）。

最新發(fā)布的NVIDIA Isaac ROS Developer Preview 3（DP3）包括重要功能的更新和提升。

NVIDIA Isaac ROS Developer Preview 3

NVIDIA Isaac ROS DP3 加入了許多新的功能，讓 ROS 社區(qū)能夠從硬件加速中獲益，主要包括：用于自動(dòng)定位機(jī)器人的新地圖定位器，帶有人類(lèi)檢測(cè)功能的更新版 NvBlox、用于對(duì) ROS 2 圖像進(jìn)行實(shí)際基準(zhǔn)測(cè)試的全新 ROS 2 基準(zhǔn)測(cè)試工具，以及開(kāi)源 NITROS 軟件包。

不到半秒就能在地圖中自動(dòng)定位

移動(dòng)機(jī)器人（比如用于倉(cāng)庫(kù)或服務(wù)的機(jī)器人等）在開(kāi)始進(jìn)入空間之前，需要知道它們?cè)诘貓D中的初始位姿。向機(jī)器人提供這種初始位姿信息的最常見(jiàn)方法是手動(dòng)設(shè)置，不過(guò)這種方法不僅要在整個(gè)過(guò)程中增加人工干預(yù)，還可能需要 30 秒以上的時(shí)間。

使用新的 Isaac ROS 地圖定位 ROS 軟件包，就不需要手動(dòng)設(shè)置機(jī)器人的初始位置和方向。該軟件包使用激光雷達(dá)測(cè)距掃描，可在不到半秒的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)估計(jì)在所占網(wǎng)格地圖中的位姿。定位器可以與平面激光雷達(dá)或 3D 激光雷達(dá)同時(shí)工作，并且可用于初始化移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航。

這個(gè) ROS 軟件包通過(guò) GPU 加速并利用 NITROS 創(chuàng)建沒(méi)有通信開(kāi)銷(xiāo)的高效 ROS 流程，已經(jīng)與 Nav2 集成。

圖 1 NVIDIA Isaac ROS 地圖定位軟件包

在不到半秒的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)計(jì)算出初始全局位姿

移除三維重建中的人類(lèi)

Isaac ROS NvBlox提供了一個(gè)用于三維重建的 GPU 加速軟件包，并利用傳感器觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)繪制了機(jī)器人周邊環(huán)境的代價(jià)地圖。這些都對(duì)路徑規(guī)劃器生成無(wú)碰撞路徑十分有用。

在人群中移動(dòng)的機(jī)器人需要首先檢測(cè)到人類(lèi)，然后根據(jù)與他們的接近程度選擇不同的路線(xiàn)。盡管人類(lèi)應(yīng)該成為代價(jià)地圖的一部分（用來(lái)計(jì)算無(wú)碰撞路徑），但不應(yīng)該成為三維重建的一部分。三維重建應(yīng)該只包含靜態(tài)障礙物。

Isaac ROS DP3 版本所包含的 Isaac ROS NvBlox 軟件包更新版本可以檢測(cè)和劃分人類(lèi)，并提供人類(lèi)的代價(jià)地圖以避免發(fā)生碰撞。同樣，它還提供用于三維重建的靜態(tài)代價(jià)地圖，以避免與靜態(tài)物體發(fā)生碰撞。

圖 2 Isaac ROS NvBlox 軟件包

在三維重建過(guò)程中檢測(cè)并移除人類(lèi)

對(duì) ROS 圖像進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)測(cè)試

對(duì) ROS 圖像進(jìn)行的基準(zhǔn)測(cè)試應(yīng)反映出在實(shí)際工作負(fù)載下的性能。對(duì)整個(gè) ROS 圖像（而不是一個(gè)特定的 ROS 節(jié)點(diǎn)）進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試十分重要，該測(cè)試將包含 RCL 中指示實(shí)際性能的消息傳輸成本。

Isaac ROS DP3 包含 ROS 2 的開(kāi)源基準(zhǔn)測(cè)試工具。該工具不需要通過(guò)修改節(jié)點(diǎn)來(lái)度量結(jié)果，而且可以將輸入的 rosbag 數(shù)據(jù)集標(biāo)準(zhǔn)化，以便對(duì)基準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行獨(dú)立驗(yàn)證。

圖 3 ROS 2 基準(zhǔn)架構(gòu)

該基準(zhǔn)測(cè)試工具采用行業(yè)最佳實(shí)踐，并專(zhuān)門(mén)為了測(cè)量實(shí)時(shí)機(jī)器人應(yīng)用中的節(jié)點(diǎn)圖吞吐量和延遲而進(jìn)行了專(zhuān)業(yè)強(qiáng)化。亮點(diǎn)包括：

可靠的結(jié)果：在多秒內(nèi)進(jìn)行 N 次（默認(rèn) N=5 ）自動(dòng)性能測(cè)試，舍棄結(jié)果的最小和最大值以減少誤差?；鶞?zhǔn)結(jié)果在日志文件中報(bào)告，以便導(dǎo)入用戶(hù)所選擇的可視化工具中。

輸入數(shù)據(jù)集：可在 CCv4.0 歸屬許可證下從NGC下載，r2b data set 2023為 rosbag 的圖像提供一致的輸入，并且用戶(hù)可根據(jù)需要添加額外的輸入數(shù)據(jù)。

輸入圖像分辨率：各種計(jì)算硬件可根據(jù)機(jī)器人應(yīng)用的不同以合適的分辨率處理圖像。

輸入和輸出傳輸時(shí)間：RCL 發(fā)布和接收進(jìn)程間和進(jìn)程內(nèi)消息的時(shí)間包含在測(cè)量結(jié)果中，能夠準(zhǔn)確表示機(jī)器人應(yīng)用中的預(yù)期情況，避免了去除消息傳遞成本后的夸大結(jié)果。

輸入和輸出類(lèi)型自適應(yīng)：使用標(biāo)準(zhǔn) ROS 類(lèi)型輸入數(shù)據(jù)或者使用類(lèi)型適應(yīng)和類(lèi)型協(xié)商。

基準(zhǔn)參數(shù)：用于測(cè)試的參數(shù)包括數(shù)據(jù)輸入長(zhǎng)度、發(fā)布速率和輸入數(shù)據(jù)大小，并且可通過(guò)配置文件自定義。

吞吐量自動(dòng)查找器：測(cè)量圖像的峰值吞吐量，在 topic 下降到 <1% 的情況下，要求自動(dòng)找到圖像的峰值吞吐量。吞吐量自動(dòng)查找器能夠高效查找峰值吞吐量的輸入數(shù)據(jù)發(fā)布速率。

實(shí)時(shí)延遲：根據(jù)固定的 topic 發(fā)布速率實(shí)時(shí)測(cè)量延遲。該數(shù)據(jù)顯示以預(yù)期的固定發(fā)布速率向?qū)崟r(shí)系統(tǒng)傳輸內(nèi)容，吞吐量會(huì)顯示機(jī)器人應(yīng)用可能的峰值性能。

云原生：測(cè)試可以作為自動(dòng)化測(cè)試的一部分在 Kubernetes 上執(zhí)行，也可以作為現(xiàn)代軟件開(kāi)發(fā)的一部分在 CI/CD 每日夜間測(cè)試中執(zhí)行。也可以在本地開(kāi)發(fā)者系統(tǒng)上進(jìn)行測(cè)試。

黑盒測(cè)試：在基準(zhǔn)測(cè)試中直接使用所有性能測(cè)量工具，將節(jié)點(diǎn)圖像作為二進(jìn)制文件進(jìn)行測(cè)試。這期間不會(huì)修改被測(cè)試的圖像中的代碼，并且可以用相同的工具以一種自然的方式進(jìn)行包含從開(kāi)源到專(zhuān)有解決方案的性能測(cè)試。

透明性：JSON 中的結(jié)果包含用于運(yùn)行基準(zhǔn)測(cè)試的參數(shù)，包括用于獨(dú)立結(jié)果驗(yàn)證的輸入 rosbag 的 MD5 算法的數(shù)據(jù)。

支持 NVIDIA Jetson 新增平臺(tái)

Isaac ROS DP3 增加了對(duì) NVIDIA Jetson 系列最新產(chǎn)品NVIDIA Jetson Orin Nano和NVIDIA Jetson Orin NX的支持。它還支持新發(fā)布的NVIDIA Jetson Orin Nano 開(kāi)發(fā)者套件。所有 Jetson Orin 和Xavier系列的模塊和開(kāi)發(fā)者套件均支持 Isaac ROS。

圖 4 Isaac ROS DP3

支持 Jetson Orin 系列的模塊和開(kāi)發(fā)者套件

新版本還增加了對(duì)新發(fā)布的NVIDIA Ada LovelacearchitectureGPU的支持。

從此更新版本開(kāi)始，NITROS 加速的 Isaac ROS 軟件包中的大部分內(nèi)容均已開(kāi)源。作為 ROS 開(kāi)發(fā)者，您現(xiàn)在可以擴(kuò)展這些軟件包、解決您遇到的任何問(wèn)題并向 Isaac ROS 社區(qū)投稿。

總結(jié)

NVIDIA Isaac ROS Developer Preview 3 是一項(xiàng)重大更新，讓 ROS 社區(qū)能夠從硬件加速中獲益，從而更輕松地構(gòu)建高性能節(jié)能機(jī)器人應(yīng)用。該版本的亮點(diǎn)主要包括：可對(duì) ROS 2 圖像進(jìn)行實(shí)際基準(zhǔn)測(cè)試的全新 ROS 2 基準(zhǔn)測(cè)試工具；可對(duì)機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)定位的全新地圖定位器；開(kāi)源的 NITROS 軟件包；以及帶有人類(lèi)檢測(cè)功能的更新版 NvBlox。

其他資源：

報(bào)名參與網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)：使用 ros2_benchmark 測(cè)量機(jī)器人應(yīng)用性能。（https://gateway.on24.com/wcc/experience/elitenvidiabrill/1407606/3998202/isaac-ros-webinar-series）

閱讀 Isaac ROS 四月更新，了解更多細(xì)節(jié)和Isaac ROS DP3 中新增的功能。

（https://discourse.ros.org/t/isaac-ros-april-update-open-source-orin-nano-lovelace-gpu-s/30755）

訪(fǎng)問(wèn) GitHub 上的 Isaac ROS 并開(kāi)始使用 Isaac ROS DP3。

（https://github.com/NVIDIA-ISAAC-ROS）

在 NVIDIA Isaac ROS 論壇上與其他用戶(hù)進(jìn)行交流。（https://forums.developer.nvidia.com/c/agx-autonomous-machines/isaac/isaac-ros/600）

審核編輯 ：李倩