云机器人系统设计与关键功能实现

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随着云计算技术的快速发展,计算机运算能力的不断提高。分布式计算机系统也越来越多地应用到各行各业。“超越摩尔”观测结果表明,算法需求的增长速率比处理器改善速率快得多。因此,高性能服务硬件产品的开发变得愈发困难。机器人作为高性能服务硬件产品的一支,也受困于硬件的约束。而随着云资源获取途径的不断扩展,本课题将研究的焦点集中于机器人个体计算卸载方面,以轮式机器人为基础,基于分布式结构,把云计算技术应用到机器人上,使得本课题研究的机器人有更好的计算处理能力。首先,本文结合云机器人的服务架构和分布式系统技术,提出了一种基于分布式控制的云机器人系统技术方案。该方案使用了Hadoop云计算技术、无线通信技术、以太网通信总线技术、导航技术、图像采集等技术解决了机器人架构过于复杂的问题,实现了机器人对资源共享的需求。其次,本文针对提出云机器人技术方案,利用面向对象的计时双流Petri网(OO-TDPN)理论来建立分布式云机器人的系统模型。并以此模型为基础,引入分布式协同控制技术,将机器人的各单元抽象为类,建立云机器人分层子网模型。再次,在已建立的云机器人系统模型基础上,完成了云机器人具体的软、硬件系统设计方案。通过电路设计完成了云机器人硬件系统设计。同时,通过神经网络、卡尔曼滤波、航位推算及PID调节等算法在云平台上实现了地图匹配、路径规划、指令传送等功能,并在机器人本体实现了定位、避障等功能。最后,本文对提出的模型及技术方案进行了原理性的验证。
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