基于分布式的开放式移动机器人平台的设计

1、基于分布式的开放式移动机器人平台的设计    关键词:机器人;控制 1 研究背景 自因特网技术在全球推广以后,国内外科学家一直致力于使用因特网对远程机器人进行开放式访问并实现人机互动操纵。这种远程自动化技术方法把人类的智能传递到远处,把机器人的自主性和人的智能结合起来,使人类活动跨越了地域和环境的障碍。机器人从它诞生的那天起,对于危险环境下作业设备的研制就是一项有吸引力的技术1。 针对这些新的应用领域,全世界的科学家进行了大量的研究。1994年加州大学的Ken Goldberg通过著名的Mercury项目将一台SCARA型机器人连接到Internet,使

2、它成为最早连接到Web上的物理机器人设备。1998年美国Wilkes大学的Matthew R. Stein等通过Java接口将Pumapaint系统连接到Internet上,任何使用者都可以通过网络控制一台PUMA760机器人的4支画刷在画架上进行艺术创作2。 正如前面所述,目前针对网络控制的机器人结构缺乏相关的研究。但是,通过网络控制的机器人与自主机器人在控制体系、数据处理、设备接口等方面有众多不同,所以,其硬件体系结构需要根据不同的要求做相应的处理才能够使网络控制的机器人取得更好的控制效果3。本文拟针对该类移动机器人的特点,设计一个通用、开放的移动机器人体系。这一体系首先提出了一种高度可扩

3、展的硬件结构,使移动机器人更好地适应外部复杂的环境;同时,本文提出将移动机器人模块化,从而保证了系统具有足够的通用性和灵活性;在此基础上,此结构下的移动机器人系统提供一个开放的开发环境和控制平台,可以适用于各种不同的场合和需求。 2 设计思路 2.1 高度可扩展的硬件结构 传统机器人的控制都是受制于特定本体(包括主控制器接口、电机、传感器等)参数的。封闭式的机器人结构总是按照特定的机器人需求设计,当外部环境变化时,必然造成机器人操作性能的降低,乃至功能的失效。而开放可扩展结构的机器人,就可根据不同情况适当地调整相应外围设备,更好地适应多变的环境4。 从机器人系统的设计结构来看,初期机器人结构的

4、设计将直接影响机器人将来的功能和适应性,所以设计一种高度灵活,可扩展的硬件结构非常有实用价值。这就要求机器人在硬件外部接口以及控制方式上能够提供足够的扩展空间,而不是仅仅局限于当前对硬件资源的需求。 2.2 模块化的移动机器人控制体系 就目前的发展趋势来讲,智能机器人和高级工业机器人的结构都力求简单紧凑,其高性能部件甚至全部结构的设计已向模块化方向发展;机器人外部传感器的模块化可以有效提高机器人的灵活性和适应能力。因此机器人采用模块化设计技术成了当今机器人发展的一种潮流和趋势。 同样,适合网络控制的移动机器人也需要从结构上来保证一种模块化的设计,适应网路控制的特殊性。对硬件来说,根据系统要求和

5、电气特性,按照模块化设计,这不仅方便安装和维护,而且提高了系统的可靠性,系统结构也更为紧凑。 2.3 开放式的开发环境与控制平台 采用开放式软件、硬件结构,可以根据需要方便地扩充功能,使其适用不同类型机器人或机器人化自动生产线.开放式控制系统是随着计算机控制技术的发展而产生的,其具有可移植性、可互操作性、可扩展性、可互换性、可派生性等特征。 开放的控制系统能使系统中的硬件和软件结构很容易集成。更易实现平台、操作系统和用户接口的标准化。开放式机器人系统的应用范围更广。打破机器人结构的封闭式结构,设计具有开放性的机器人系统,目标是:为网络控制提供开放的接口;方便地利用计算机平台的软、硬件资源对机器

6、人进行扩展;实现友好的人机界面。为满足上述功能要求,机器人需要在系统设计阶段就把各方面因素考虑在内5。 作为计算机技术应用产物的机器人,由于封闭性,限制了机器人应用的普及。打破这种现状,彻底的方法是建立机器人结构的开放式标准,规定控制器的基本功能,接口标准,并最终使机器人结构与具体算法分离,即独立出来6。这样,根据实际需要,一个控制算法或研究成果可以选择多种型号的机器人本体,而机器人本体也可同不同功能的机器人连接,构成机器人网络。这有益于新的机器人控制理论的应用,控制技术的进步和机器人应用的普及。 3 总结 本章在分析了适合网络控制的移动机器人特点的基础上,提出设计一个通用、开放的移动机器人体

7、系。提出移动机器人硬件结构的高度可扩展性、模块化的控制体系以及开放式的开发环境与控制平台,探讨了此结构在控制性能及控制性能方面的特点。该系统打破现有机器人结构封闭的局面,开发采用的硬件结构具有开放、功能模块化和标准化的特点。 参考文献 1庄严,王伟,恽为民,基于网络的机器人控制技术研究现状与发展,机器人,24(3): 276-282,2002        2李小海,王旭永,基于WWW的机器人远程控制的关键技术及典型实现,工业控制计算机,13(2): 51-53,2000 3Kenneth Taylor, Barn

8、ey Dalton. Internet Robots: A New Robotics Niche. IEEE Robotics Automation Magazine, 2000, 7(1):27-34. 4Stothert. Alec, MacLeod Lan M, Distributed intelligent control system for a continuous-state plant, IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Part B: Cybernetics, v 27, n 3, Jun, 1997, p

9、 395-405 5Cingiser DiPippo, L.;Fay-Wolfe, V.;A real-time multi-agent system architecture for e-commerce applications, Autonomous Decentralized Systems, 2001. Proceedings. 5th International Symposium on,26-28 March 2001 Pages:357-364 6Stothert, A., MacLeod, I. M.,Distributed intelligent control system for a continuou