閱讀以下關(guān)于機(jī)器人操作系統(tǒng)架構(gòu)的描述，回答問題1至問題3。

案例場景

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已成為當(dāng)前工業(yè)界的熱點研究對象。某宇航設(shè)備公司為了擴(kuò)大業(yè)務(wù)范圍，決策層研究決定準(zhǔn)備開展工業(yè)機(jī)器人研制新業(yè)務(wù)。公司將論證工作交給了軟件架構(gòu)師王工，王工經(jīng)過分析和調(diào)研，從機(jī)器人市場現(xiàn)狀、領(lǐng)域需求、組成及關(guān)鍵技術(shù)和風(fēng)險分析等方面開展了綜合論證。論證報告指出:首先，為了保障本公司機(jī)器人研制的持續(xù)性，應(yīng)根據(jù)領(lǐng)域需求選擇一種適應(yīng)的設(shè)計架構(gòu);其次，為了規(guī)避風(fēng)險，公司的研制工作不能從零開始，應(yīng)該采用國際開源社區(qū)所提供機(jī)器人操作系統(tǒng)(RobotOperating System, ROS)作為機(jī)器人開發(fā)的基本平臺。

在討論會上，架構(gòu)師李工提出不同意見，他認(rèn)為公司針對宇航領(lǐng)域已開發(fā)了某款嵌入式實時操作系統(tǒng)，且被多種宇航裝備使用，可靠性較高。因此應(yīng)該采用現(xiàn)有架構(gòu)體系作為機(jī)器人的開發(fā)平臺。會上王工說明了機(jī)器人操作系統(tǒng)與該款操作系統(tǒng)的差別，要沿用需要進(jìn)行改造，投入較大。經(jīng)過激烈討論，公司領(lǐng)導(dǎo)同意了王工采用 ROS 的意見。

問題內(nèi)容:

[問題1] (5分)

王工擬采用的 ROS 具有分布式進(jìn)程框架，以點對點設(shè)計以及服務(wù)和節(jié)點管理器方式，使得執(zhí)行程序可以各自獨立地設(shè)計，松散地、實時地組合起來。這些進(jìn)程可以按照功能包和功能包集的方式分組，因而可以容易地分享和發(fā)布。請用400 字以內(nèi)文字說明 ROS 與嵌入式實時操作系統(tǒng)的共同點，以及在實時性和任務(wù)通信方式兩個方面的差異。

[問題2] (10分)

ROS 為應(yīng)用程序間通信提供了主題(Topic)、服務(wù)(Service)和動作(Action)三種消息通信方式,每種通信方式都有其特點。請將以下給出的三類通信的主要特點填入表 3-1

中(1)-(5)的空白處。

(a)適合用于傳輸傳感器信息(數(shù)據(jù)流)

(b) 能夠知道是否調(diào)用成功

(c)一對多模式

(d)有握手信號

(e)服務(wù)執(zhí)行完會有反饋

(f)可以監(jiān)控長時間執(zhí)行的進(jìn)程

(g) 較復(fù)雜

(h)可能讓系統(tǒng)過載(數(shù)據(jù)太多)

(i)服務(wù)執(zhí)行完之前，程序會等待

(j) 建立通信較慢

(k)可能丟失數(shù)據(jù)

[問題3]

(10分)

ROS 的架構(gòu)定義了 ROS 系統(tǒng)由多個各自獨立的節(jié)點(組件)組成，并且各個節(jié)點之間可以通過發(fā)布/訂閱(Publish/Subscribe)消息模型進(jìn)行通信。圖3-1給出一個簡單機(jī)器人結(jié)構(gòu)實例，請根據(jù)以下文字描述，補充圖3-1 中(1)~(5)處空白。

“機(jī)器人開始階段，所有節(jié)點都要注冊(Registration)到Master上，注冊后，攝像頭節(jié)點聲明它要發(fā)布(Publish)一個叫作/image_data 的消息。另外兩個節(jié)點(圖像處理節(jié)點和圖像顯示節(jié)點)聲明它們需要訂閱(Subscribe)這個/image_data 消息。因此，一旦攝像頭節(jié)點收到相機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)(Data)，就立即將數(shù)據(jù)/image_data直接發(fā)送到另外兩個節(jié)點。

試題答案:

[問題1]

ROS 與嵌入式實時操作系統(tǒng)的共同點:

(1)系統(tǒng)微型化

(2)系統(tǒng)專用性強

(3)軟硬件依賴性強

(4)系統(tǒng)資源受限

ROS 與嵌入式實時操作系統(tǒng)的差異:

實時性:ROS 弱于嵌入式實時操作系統(tǒng)。

通信方式:ROS 的通信方式較為豐富，嵌入式實時操作系統(tǒng)通信方式單一。

[問題2]

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