Роботы с ROS 2 для обучения: что выбрать и как начать курс

Какие модели каталога поддерживают ROS, ROS 2 или только SDK, какой манипулятор с ROS 2 взять для первого курса и как построить программу от симуляции до живого робота.

Роботы с ROS 2 стали стандартом для учебных лабораторий вузов и колледжей: студент, который освоил эту среду на одной платформе, без переучивания переходит на другую. Ниже - что такое ROS 2 и почему его выбирают для обучения, какие модели нашего каталога поддерживают ROS, ROS 2 или только собственный SDK, и как выстроить курс от симуляции до живого робота.

Что такое ROS 2 и зачем он в обучении

ROS (Robot Operating System) - не операционная система в привычном смысле, а набор библиотек и инструментов поверх Linux. Программа робота в ROS разбивается на узлы (nodes), которые обмениваются сообщениями через топики, сервисы и действия. Один узел читает лидар, другой строит карту, третий планирует путь - и каждый можно заменить, не трогая остальные.

ROS 2 - второе поколение платформы. Он построен на промышленном протоколе DDS, лучше работает в реальном времени, поддерживает несколько роботов в одной сети и развивается как основная ветка. Первая версия, ROS 1, все еще встречается в документации и примерах, поэтому многие производители поддерживают обе.

Для учебного процесса ROS 2 дает три вещи:

• Переносимость навыков. Топики, launch-файлы, tf-преобразования и rviz одинаковы для манипулятора, робота-собаки и гуманоида.
• Симуляцию. Модель робота в формате URDF запускается в Gazebo, и студенты пишут код до того, как получат доступ к железу.
• Готовые инструменты. MoveIt для планирования движений манипулятора, Nav2 для навигации мобильных роботов, библиотеки SLAM - не нужно писать все с нуля.

Какие роботы каталога поддерживают ROS и ROS 2

Ниже - строго то, что заявлено в карточках моделей по документации производителей. Конфигурацию ПО перед отгрузкой подтверждаем письменно.

В карточке myCobot 280 Pi указан ROS без уточнения версии, у Unitree B2 - SDK и ROS. Если для курса принципиален именно ROS 2, конкретную версию пакетов уточним до заключения договора. AgiBot A3 Ultra EDU поставляется с доступом к SDK для вторичной разработки; поддержку ROS для этой модели уточняем в КП.

Модели без ROS

Две модели каталога рассчитаны на работу без кода. Noetix BUMI Pro управляется из приложения, голосом и в графическом редакторе; полный SDK и ROS 2 есть только в версии EDU Pro. Unitree Go2 Pro программируется блоками в приложении, а вторичная разработка через SDK у него ограничена - для Python и ROS 2 нужна версия EDU. Обе модели хороши для знакомства с робототехникой, но в курс по ROS 2 их не включают.

Манипулятор с ROS 2 для первого курса

Курс по ROS удобнее всего начинать с манипулятора: он стоит на столе, не уезжает и наглядно показывает связь между кодом и движением. Выбор зависит от задач.

• myCobot 280 Pi - самый доступный вход: Raspberry Pi внутри, ROS и MoveIt на борту, рука массой 850 г безопасна на парте. Ограничение - нагрузка 250 г.
• UFACTORY Lite 6 - 3 кг нагрузки и радиус 700 мм, поддержка ROS и ROS 2. Подходит, когда студенты работают с реальными деталями и захватами.
• AgileX PiPER - повторяемость ±0,1 мм, URDF-модель, MoveIt и Gazebo в пакетах ROS, режим ведущая-ведомая для телеоперации. Лучший выбор, если курс ведет к сбору данных и embodied AI.

Подробные разборы - в сравнении Lite 6 или PiPER и в статье как выбрать манипулятор для обучения. Все модели собраны в разделе учебные манипуляторы.

С чего начать курс по ROS 2: программа на семестр

1. Основы (3-4 недели). Установка ROS 2 на Ubuntu, узлы, топики, сообщения, первые программы на Python. Все упражнения - в симуляции, без железа.
2. Описание робота (2 недели). URDF, системы координат и tf, визуализация в rviz. Удобно брать готовую модель манипулятора из пакетов производителя.
3. Планирование движений (3 недели). MoveIt в симуляции, затем перенос на реальную руку. Здесь студенты впервые сталкиваются с разницей между моделью и физическим роботом.
4. Восприятие (2-3 недели). Камера, распознавание объекта, передача координат планировщику - классическая задача «найди и возьми».
5. Мобильность (3 недели). Робот-собака с лидаром: построение карты, локализация, движение к цели. На Go2 EDU доступ к облаку точек и камерам открыт через SDK.
6. Итоговый проект. Командная задача, объединяющая манипуляцию, восприятие и навигацию.

Продолжительность модулей - ориентир для семестрового курса; для магистратуры его можно уплотнить и добавить блок по обучению с подкреплением на BUMI EDU Pro.

Рабочее место студента

Для курса по ROS 2 каждому рабочему месту нужен компьютер с Ubuntu - на нем ставятся ROS 2, Gazebo и пакеты производителей. Манипуляторы подключаются по-разному: PiPER - по CAN через адаптер USB-CAN из комплекта, Lite 6 - через внешний контроллер с Ethernet, а myCobot 280 Pi несет компьютер в основании и может работать вообще без внешнего ПК. Заранее решите, будут ли студенты работать на своих ноутбуках или на стационарных машинах кафедры: от этого зависит, как настраивать сеть и права доступа.

Сколько роботов нужно группе

Самая частая ошибка - один робот на всю группу. Студенты ждут очереди и теряют интерес. Рабочая пропорция - один манипулятор на 2-3 человек и один мобильный робот на группу для итоговых модулей. Симуляция снимает часть нагрузки: отладка идет на компьютерах, а на железе проверяется уже работающий код. При заказе от трех штук цену для лаборатории фиксируем в КП.

Для вуза удобнее заказывать готовый набор: в комплектах для лабораторий сочетаются гуманоид, манипулятор и робот-собака, а состав можно изменить под программу курса.

Что проверить перед покупкой

• Какая версия ROS нужна курсу и совпадает ли она с поддержкой платформы.
• Есть ли URDF-модель для симуляции и пакеты MoveIt.
• Как робот подключается к компьютеру: CAN, Ethernet, Wi-Fi или встроенный вычислитель.
• Что входит в поставку, а что заказывается отдельно - захваты, камеры, дополнительные аккумуляторы.
• Нужна ли пусконаладка с настройкой сети и SDK - ее можно включить в КП.

Больше о подборе оборудования для кафедр - на странице робототехника для вузов. Если не уверены, какая конфигурация подойдет к вашей программе, пришлите учебный план - подберем состав и подготовим спецификацию.