輔助移動機(jī)器人的智能環(huán)境服務(wù)構(gòu)件開發(fā)及其應(yīng)用.pdf

1、智能環(huán)境與移動機(jī)器人是改善人類生活、提高服務(wù)水平的重要手段，兩者的有機(jī)結(jié)合己成為目前服務(wù)類機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展前沿。機(jī)器人在服務(wù)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(gòu)、動態(tài)未知，作為其特殊服務(wù)對象時，一般機(jī)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(jī)械地執(zhí)行面向特定應(yīng)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(shù)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(jī)器人的智能服務(wù)環(huán)境的構(gòu)件化開發(fā)方法和應(yīng)用技術(shù)，使機(jī)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(wù)，并靈活地組織以實現(xiàn)多種應(yīng)用。
　　 論文針對移動機(jī)器人應(yīng)用需要，引入基于構(gòu)件的開發(fā)方法，設(shè)計了一種支持和增強(qiáng)移動機(jī)器人功能的智能環(huán)境服務(wù)構(gòu)件系統(tǒng)，制定了服務(wù)構(gòu)件的基本組成結(jié)構(gòu)與交互模式，實現(xiàn)了機(jī)器人的跨平臺服務(wù)調(diào)用，有效解決了資源多樣異構(gòu)性帶來的問題。服務(wù)構(gòu)件將資源輔助功

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

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

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

6、求的語義建模規(guī)范；設(shè)計了通用的模型匹配算法并進(jìn)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(wù)發(fā)現(xiàn)的查全率和查準(zhǔn)率。
　　 應(yīng)用提出的服務(wù)構(gòu)件開發(fā)方法和建模規(guī)范，針對五類適用于移動機(jī)器人的輔助資源（功能）分別開發(fā)了服務(wù)構(gòu)件，建立了服務(wù)調(diào)用接口模型和功能模型。詳細(xì)論述了傳感器（動態(tài)信息感知）、數(shù)據(jù)庫（靜態(tài)先驗?zāi)Ｐ团c知識共享）、執(zhí)行器（環(huán)境作業(yè)與物理輸出）、算法庫（復(fù)雜計算與信息處理）、智慧人（本地交互與遠(yuǎn)程監(jiān)