概要

ロボットソフトウェアを開発するには、非常に多くの分野の知識を必要とする。
ROS(Robot Operating System)は開発者がロボットアプリケーションを効率良く構築し、ロボットソフトウェア開発を全世界で推進していくためのオープンソースプラットフォームである。

現在ROSは、はじめに開発されたROS（ROS 2と対比してROS 1とも呼ばれる）と、次世代バージョンのROS 2がある。
ROS 1とROS 2はアーキテクチャが大きく異なるが、共通するコンセプトも存在する。

そこで、この記事では、ROSの導入として以下の内容を扱う。

ROS(Robot Operating System)のコンセプト

ROSは、Operating Systemの名が入っているが、WindowsやLinux等のOSと同カテゴリのものではなく、それらの上で動作するSDK（Software Development Kit）に近い。

ROSを説明するのに使われる図式として、以下の式がある(参考：The ROS Ecosystem)。

ROS = Plumbing + Tools + Capabilities + Community

Plumbing(通信)
ソフトウェアをノードと呼ばれる単位に分割して、それらの間の通信の仕組みを提供する。
これによりプログラムの再利用性を高めることができる。
ROSの要素の中でも中核にあるものである。
Tools(ツール群)
ロボットアプリケーションの開発に必要な、可視化、ロギング、データの保存と再生のツールを提供する。
これによりデバッグが容易になり、開発効率を高めることができる。
Capabilities(機能群)
ロボットアプリケーションに必要になる個々の機能、例えば、センサドライバや自律移動、マニピュレーション、マッピングなどの機能をライブラリとして提供する。
Community(エコシステム)
ROSはオープンソースのプロジェクトであり、様々な立場の人や団体が貢献することで、開発が進められている。
オンライン上で活動しているWebサイトとしては、ROS AnswersやROS Discourseが挙げられる。
またオフラインでは、ROSConやROSConJPといった開発者会議が開催されている。

ROSのコンセプトについては書籍やインターネット上でも多くの情報が入手できる。
本ページの末尾に参考資料を挙げている。

ROS 1が広く利用されるにしたがって、当初ROS 1が想定していなかった以下のようなユースケースが出てきた。

ROSの中核にあるのはPublish/Subscribe型のメッセージ通信であるが、ROS 1ではこれらを独自実装の通信ミドルウェアで実現していた。独自実装の通信システムのままこれらのユースケースに対応するのは難しい面があった。

そこで、ROS 1が対応できないユースケースを想定してROSを新しく構築しなおしたものがROS 2である。ROS 2の通信ミドルウェアはDDS(Data Distribution Service)規格に準拠したものであり、基本的にROS 1と互換性がない。

マルチプラットフォームのサポート
ROS 1はUbuntuのみに対応しているが、ROS 2はWindowsやmacOSも想定して開発されている。（参考：REP2000）
言語標準の変更
ROS 1はC++03, Python2系をサポートしているが、ROS 2はC++14以降、Python3系をサポートしている。
マスタノード(roscore)の廃止
DDSを採用したことで、ノード（ROSプログラムの実行単位）間の検出等を担うマスタノードが不要になった。これにより、中央集権型ではない分散型の通信システムが実現できる。

上記以外で、開発者視点でROS(ROS 1, ROS 2共通)を採用するメリットとして以下が挙げられる。

インストールが容易
公式ドキュメントに具体的なインストール手順が公開されており、開発初心者であっても容易にインストールできる。
ライブラリも一緒にバージョン管理されている
ROSのディストリビューションに応じてROS対応のライブラリも管理されているので、個別にバージョンを気にする必要がない。
ビルドシステムも一緒に提供されている
ROSパッケージや外部ライブラリの依存関係を解決し、ビルドするビルドシステムもROSと一緒に提供されている。
ユーザが多く、情報が手に入りやすい
コミュニティベース、オープンソースで開発が進められており、ユーザも増え続けているため、インターネット上で多くの情報が手に入る。（参考：ROSユーザ数推移）