面向构件的机器人控制软件开发方法研究

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随着机器人技术向智能化、开放式、柔性化方向发展,机器人已变为了拥有大量先进传感器和执行器的复杂智能计算体。面对着这个日益复杂多变的控制对象,机器人控制软件的开发已跟不上其发展速度。本文以机器人控制软件开发为研究背景,提出了面向构件的机器人控制软件开发方法。然后以该方法为指导,设计了面向构件的机器人控制软件开发平台,并完成了该平台的初步开发。最后利用该平台完成了多个机器人的控制软件开发。开发平台的应用情况证明面向构件的软件开发方法缩短了机器人控制软件的开发时间,可以有效地降低开发成本。对于机器人行业的未来发展,具有一定的前瞻性和可应用性。首先,本文介绍了机器人技术的发展情况,论述了当前机器人控制软件开发所面临的问题。对当前国内外机器人控制软件开发方法的研究情况进行了总结和分析,并探讨了机器人控制软件开发的未来发展方向。其次,对机器人的硬件系统进行了分析,总结了其特点和发展趋势。研究了机器人软件开发方法的优缺点,并在此基础上结合对硬件的分析结果,提出了面向构件的机器人控制软件开发方法。并以该方法设计了面向构件的机器人控制软件开发平台的分层结构,给出了开发平台的各组成部分,并提供了利用它们搭建面向不同应用的机器人控制软件的过程。然后,对主流构件模型进行了分析,针对它们的优缺点,选择使用CORBA构件模型开发整个机器人控制软件开发平台。给出了整个平台的开发过程,首先需要利用IDL描述各构件的接口,完成对机器人底层功能的抽象。然后利用命名服务和通知服务实现构件间的数据通信。对于通信质量要求较高的视频传输,则采用TAO的AV流服务套件开发。由于行为控制在机器人控制中比较重要,所以分析了其工作原理,并给出了其实现过程。对于服务管理器和构件库,给出了它们的实现过程,并对其进行了分析。最后,利用该机器人控制软件开发平台完成了三种异构机器人——智能移动服务机器人实验开发平台、不越障输电线除冰机器人、可越障输电线除冰机器人的软件开发。针对智能移动服务机器人实验开发平台的硬件特性,给出了利用开发平台,实现其软件系统的过程。对于不越障输电线除冰机器人,给出了针对其恶劣工作环境的控制软件系统开发过程。由于可越障输电线除冰机器人的控制要求更加复杂,所以在平台提供的行为控制构件的基础上,添加了基于MDP的规划器、行为学习网络和人机交互功能。给出了其仿真结果和相应的分析。
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