輔助移動機器人的智能環(huán)境服務構件開發(fā)及其應用.pdf

1、智能環(huán)境與移動機器人是改善人類生活、提高服務水平的重要手段，兩者的有機結合己成為目前服務類機器人技術的發(fā)展前沿。機器人在服務人類的過程中，借助智能環(huán)境可以提升作業(yè)能力，降低成本，提高資源利用率。然而，由于智能環(huán)境的輔助資源多樣異構、動態(tài)未知，作為其特殊服務對象時，一般機器人智能水平有限，難以主動尋求并得到有效的支持，更多為被動地接受全局控制，或機械地執(zhí)行面向特定應用和特定資源定制的交互流程，成本高而通用性、靈活性差，因此需要在系統(tǒng)體系和

2、實現(xiàn)技術方面尋求新的解決措施。論文系統(tǒng)深入地研究了面向移動機器人的智能服務環(huán)境的構件化開發(fā)方法和應用技術，使機器人能以通用的方法跨平臺地調(diào)用各種輔助資源的服務，并靈活地組織以實現(xiàn)多種應用。
　　 論文針對移動機器人應用需要，引入基于構件的開發(fā)方法，設計了一種支持和增強移動機器人功能的智能環(huán)境服務構件系統(tǒng)，制定了服務構件的基本組成結構與交互模式，實現(xiàn)了機器人的跨平臺服務調(diào)用，有效解決了資源多樣異構性帶來的問題。服務構件將資源輔助功

3、能封裝成共享服務，借助智能環(huán)境通信網(wǎng)絡，基于規(guī)范的服務接口和說明，提供開放的服務訪問和調(diào)用，可以被獨立地部署并由機器人任意組合應用。文中分別從輔助資源端和移動機器人客戶端出發(fā)，詳細論述了應用Web Services(WS)中間件技術開發(fā)服務構件和服務調(diào)用程序的基本原理，并給出了典型實現(xiàn)。
　　 針對移動機器人輔助服務構件應用的需要，對ws技術在消息交換模式和傳輸機制兩方面進行了擴展改進，彌補了ws對機器人常見交互類型支持的不足，

4、提高了服務調(diào)用參數(shù)中音視頻等海量數(shù)據(jù)在ws機制中的傳輸效率，使之更適合面向機器人應用的服務構件開發(fā)。文中擴展定義了請求－通知消息交換模式，詳細給出了基于Pub-Sub機制的實現(xiàn)方法，驗證了應用可行性，并給出了改進傳輸機制所采用的自動二次連接方法的具體實現(xiàn)和嵌入WS應用軟件中的基本方法，驗證分析了改進后的傳輸性能。
　　 引入語義網(wǎng)技術，提出了基于語義功能建模與匹配的自動服務發(fā)現(xiàn)機制，并在此基礎上實現(xiàn)了機器人半自動任務規(guī)劃與執(zhí)行策

5、略，使機器人能夠靈活地組織利用各種輔助資源實現(xiàn)多種復雜任務應用，有效解決了資源動態(tài)未知性帶來的問題。機器人針對離線任務分解規(guī)劃得到的流程中的每個子任務，自動搜尋環(huán)境中的可用服務，將其功能模型與任務需求模型進行匹配，篩選出符合要求的服務并按功能相似度排序，從而形成可直接調(diào)用的候選服務列表。文中針對離線任務分解提出了參考原則，使分解后的子任務適合機器人分配執(zhí)行；結合移動機器人應用特點擴展定義了OWL-S建模語言，并據(jù)此制定了服務功能與任務需

6、求的語義建模規(guī)范；設計了通用的模型匹配算法并進行了優(yōu)化，降低了算法的時間開銷，相比于傳統(tǒng)的句法匹配方法顯著提高了服務發(fā)現(xiàn)的查全率和查準率。
　　 應用提出的服務構件開發(fā)方法和建模規(guī)范，針對五類適用于移動機器人的輔助資源（功能）分別開發(fā)了服務構件，建立了服務調(diào)用接口模型和功能模型。詳細論述了傳感器（動態(tài)信息感知）、數(shù)據(jù)庫（靜態(tài)先驗模型與知識共享）、執(zhí)行器（環(huán)境作業(yè)與物理輸出）、算法庫（復雜計算與信息處理）、智慧人（本地交互與遠程監(jiān)