ROS史话36篇.28 TurtleBot的故事

TurtleBot是一款移动机器人，特点是便宜。TurtleBot带有摄像头和移动底盘，可以用于研究机器人的导航问题：即机器人决定往哪个方向走，怎么走，怎么绕过障碍物，最终到达目的地。

不少 ROS 的初学者是在 TurtleBot 的陪伴下学习的机器人编程的。以至于一些人想方设法能获得一台TurtleBot，好像没有TurtleBot，就没法学习ROS，没法学机器人编程了。

随着 ROS的普及，也让一些人看到商机，一些代理就通过销售 TurtleBot 发了点小财。也有一些机器人爱好者，通过打造与 TurtleBot 功能类似的机器人，在经济上小有收货。ROS的官方说法，TurtleBot总共卖出了上千台。让我们跟随TurtleBot的故事，探究其中的奥秘。

第一台TurtleBot

一开始，人们一直有种错觉：为了能使用ROS，就必须有一台PR2机器人。因为PR2非常昂贵，人们自然也会推理，认为ROS是一个很难用的系统。

当时ROS刚刚推出， 车库的两位工程师，图利·弗特（Tully Foote）23 和麦罗尼·威瑟（Melonee Wise）24认为，这也太不现实了。怎么能期待一般的开发者拥有这么昂贵的机器人才能用ROS进行机器人开发呢？

开发者的这种错觉非常不利于ROS的普及。

“如何让大学的老师、学生、机器人爱好者拥有一个价格上能够接受的硬件平台，方便学习ROS”，这样的问题开始在图利· 弗特和麦罗尼· 威瑟脑海中不停盘旋。

车库做了非常多的尝试，希望 ROS能在其他一些机器人上跑起来。图利· 弗特办公室有一台乐高玩具机器人，他们曾经尝试在这样的玩具上跑 ROS，但是不是非常成功。

能做的似乎只能让电机转动，无法实现机器人常见的导航，毕竟这样的玩具机器人运算能力不足。



2010 年年底，墙角的一台扫地机器人引起麦罗尼· 威瑟的注意。这是一款 iRobot 机器人25，他们马上了解到，当时 iRobot 机器人公司还有一款专门为开发者设计的机器人，iRobot Create。利用机器人本身提供的API，可以对iRobot Create进行编程。

当时微软的 Kinect相机刚推出，很火。Kinect可以获得场景的深度信息，这与我们常见的获取颜色信息的相机不同，这款相机的图像是深度，也就是拍摄到信息是物体到相机的距离。

这款设备本来是为家庭游戏打造的体感设备，可以一经推出，马上就吸引了机器人和计算机视觉研究者的注意，把它作为一个经济实惠的图像获取设备来利用。

图利·弗特 和麦罗尼· 威瑟把 Kinect 固定在 iRobot Create 上，这样就有了深度相机Kinect，有了移动平台iRobot Create，一款可移动、可用视觉进行导航的机器人就有了，而且还非常便宜。

“便宜”正式图利·弗特和麦罗尼· 威瑟是想要的，只有便宜才能让更多的人用得起。世界上第一台TutleBot见图3.1。



可这仅仅是硬件，用市场上可以买到的设备，拼装在一起。最让图利·弗特和麦罗尼· 威瑟头痛的是设备驱动部分。

如何打开硬件提供的端口，建立连接；如何将相机获取的数据，并进行特定的数据格式进行解析；如何把这些封装在一起，给最终提供给ROS的开发者的是一个简单的接口。

有了移动平台，有了摄像头，还需要一个计算机来运行 ROS 的相关算法。自助导航是 ROS 的精髓，为了把这个精髓表现的淋漓精致，这个平台必须能实现自主导航。

要便宜，还要功能强大。图利·弗特和麦罗尼· 威瑟测试了不同的电脑，希望找到一款性价比最高的计算平台。当然，后面的故事大家都知道了，他们选择了华硕的一款上网本，性价比极高。

虽然他们又解决了iRobot Create的内置里程计准确度不高的问题，解决了Kinect的供电问题。

Google一次购买了8台这样的原型机，用于内部研究项目。

两人又花了点时间，做产品的设计。TurtleBot 的图标就是一个海龟背上有 ROS 图标中的9个圆点。很快对外发布了。

就这样，Turtlebot火了。

笔者所在的实验室最开始也是利用Turtlebot做研究的。考虑到成本，笔者从美国采购了iRobot Create，学生们自己DIY了其他支持部件。深度相机用的是华硕的Xtion Pro Live。

Turtle是海龟的意思，Bot是机器人的缩写。TurtleBot字面上讲，就是“海龟机器人”的意思。为什么叫乌龟机器人，而不是螃蟹机器人，蟑螂机器人，金鱼机器人？

让我们慢慢解释。

有这么一位，叫威廉姆·格雷·瓦尔特（William Grey Walter），1910 年出生于美国26，幼年由于父母的缘故，来到英语求学。后来成为一名神经科学家。一生多数时间在美国做研究。



为了研究大脑和神经反应，1948 至 1949 年间，威廉姆·格雷·瓦尔特特制作了一个被自己称为“机器冒险者（拉丁语为Machina Speculatrix）”的机械装置。希望通过让机器装置来模仿，研究神经反应和人类的行为。

“机器冒险者”采用了三轮结构，一个转向轮，两个驱动轮。前面的转向轮用于控制方向，两个后轮用来驱动整个机构。

威廉姆·格雷·瓦尔特在这个三轮“机器冒险者”的上面遮盖了一个外壳，看起来非常可爱，像一只大乌龟。人们称其为威廉姆·格雷·瓦尔特的“乌龟”，这只“乌龟”是人类历史上第一个自主移动的机器人。



威廉姆·格雷·瓦尔特的“乌龟机器人”对机器人学、人工智能产生重大影响。很多人在威廉姆·格雷·瓦尔特的“乌龟机器人”影响中成长起来。

其中，1956年有一位大学生伊万·苏泽兰（Ivan Sutherland）给威廉姆·格雷·瓦尔特写了一封信，信中伊万·苏泽兰虚心地向廉姆·格雷·瓦尔特请教、征求意见。

这位伊万·苏泽兰就是后来的 ACM 图灵奖获得者，图形用户界面（Graphical User Interface ，简称GUI）的发明者， SketchPad的发明者，以及 “虚拟现实之父”。

乌龟（Turtle）在机器人领域基本成了机器人的代名词了。有 TurtleBot 这样的名字，也就不足为奇了。