构件化网络机器人及其决策执行系统研究与应用

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移动机器人与智能环境相互结合的新型网络机器人系统是目前机器人领域的研究热点之一。构件开发技术的引入,解决了环境辅助资源的异构性、动态性和未知性,也带来了机器人如何自主决策利用各种环境资源的问题。本文针对机器人与智能环境服务构件化的网络化机器人系统应用需求,开发了辅助机器人的动态感知与物理执行两类典型节点功能,并在对辅助资源节点进行通用型构件化封装和服务功能建模的基础上,研究了机器人对环境资源的自主决策利用机制,针对典型服务应用验证了系统的可行性。  论文首先介绍了服务构件化智能环境系统的概念及组织结构,提出通用型服务构件的基本结构和运行管理,根据任务需求和服务功能的描述模型,提出了基于XML的任务描述文档和服务规格说明文档设计方案。然后针对辅助机器人的智能节点功能需求,开发了两类典型辅助资源节点功能:一类视觉动态感知节点,开发实现了基于全局摄像机的移动机器人定位和人体摔倒状态监控两种服务功能;另一类物理执行类节点,开发实现了基于场景固定视觉的双臂机器人目标物体抓取功能。对这两类节点功能分别进行了服务构件化封装,为机器人调用服务提供了统一的接口规范。在此基础上,设计了构件化网络机器人的决策节点功能,针对松耦合的网络服务资源,提出了基于服务连接图的服务决策方法,包括任务需求分解、服务功能匹配和基于搜索算法的服务组合求解,实现可执行任务规划的自动生成;针对紧耦合的网络服务资源,提出了基于服务拓扑图的服务切换方法,并以分布式摄像机目标定位为实例,采用Prolog语言开发了实际服务拓扑图结构,利用Prolog推理实现了多摄像机快速切换功能。最后,针对家庭服务机器人应用,给出了构件化网络机器人系统与决策执行的实例,对所开发的两类节点功能及综合应用场景下机器人对网络辅助资源的决策利用功能进行了测试,验证了系统的可行性。
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