机器人感知系统标准化与模块化设计.pdf

中国科学技术大学
硕士学位论文
机器人感知系统标准化与模块化设计
姓名:蔡永娟
申请学位级别:硕士
专业:模式识别与智能系统
指导教师:申飞
20100501
摘要器人感知系统愈来愈复杂,牵扯到的接口愈来愈多,对开放性和互操作性提出了越来越高的要求,缺乏统一的设计模型制约着我国机器人产业的发展,因而触发了对机器人感知系统模块化与标准化设计的强烈需求。本文基于软硬件分离的原则,对机器人感知系统进行模块化分解,设计标准化的感知系统数据描述规范以及用户接口格式,最后将该模型应用到机器人足部感知系统中,显示了其在机器人感知系统可重用、易操作等方面的作用。文章主要包含下面几个工作内容:构建了具有模块化特征的仿生机器人感知系统模型:该模型以模块化架构的理念分割系统,强调各模块的可重用性,为机器人感知系统的软、硬件整合重点设计了机器人感知系统的软件模块:充满弹性的软件模块改变了以往软件无法应付硬件的快速更新的问题,具体包括传感器的数据描述、感知系统节点的数据描述、通信协议规范以及机器人感知系统的用户接口函数的定义这四实现机器人感知系统模块化与标准化设计在足部感知系统中的应用:基于布教ㄉ杓苹魅俗悴扛兄O低常韵低车牧Υǜ衅鳌⑼勇菀羌白部感知系统节点自身进行标准的数据描述定义,并规定了统一的通信协议,在此基础上给出了标准化的用户接口函数规范,并基于耐夹慰7⒒肪成杓了感知系统数据描述的编写、读取及保存等控件,为传感器的即插即用奠定了较机器人感知系统的标准化与模块化设计能够降低机器人感知系统的开发成本,减少大量低水平的简单重复的研发工作,为建立具有广泛互操作性的机器人系统提供了一定的研究基础。关键词:机器人感知模块化标准化通信协议数据描述用户接口目前,机器人跃居科技产业的主流地位,由于数字整合的需求日益增长,机提供了较好的平台。个部分。好基础。
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冲州中国科学技术大学学位论文原刨性和授权使用声明本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论作者签名:本人声明所呈交的学位论文,是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权,即:子版,允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文编入有关数据库进文。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。年月日劣夕.
第乱机器人目前,机器人产业既面临空前的发展机遇,又面临严峻的挑战。机器人产业没有形成统一的提携结构,也尚未完成功能组件的模块化与标准化。由于软硬件没有分离,且缺乏相应的基础标准体系与接口协议规范,研发工作存在大量低水平的简单重复,不能实现各种功能组件之间的可重用与互置换,从而造成没有形成专业化配套与产业链分工,不能实现工业化级别的规模生产,致使制造成本高昂,已严重制约了机器人新兴产业的形成和发展。自年美国德沃尔和英格伯格制造出世界上第一台工业机器人以来,机器人至今分别经历了示教再现型机器人、感知机器人和智能机器人这三个发展阶段滤桑,比尔盖茨表示,很多人都低估了未来的机器人,并预言未来家家都有机器人。按照目前广泛接受的观点,机器人概念内涵应包括感知、行动葱谢蛘呖制⒕霾吆徒换ニ母龇矫娴牟糠只蛘呷ú克钩傻南低场;魅思际醯姆⒄骨势有两个突出的特点:横向上,机器人的应用范围不断扩大,种类日趋增多;纵向上,机器人的性能不断提高,并逐步向分布式、智能化方向发展。机器人正在进入“仿人机器人母呒斗⒄菇锥危蘼鄞酉嗝驳焦δ芑故谴铀嘉芰痛丛能力方面,都向人类“进化”甚至在某些方面大大超过人类。未来的机器人有视工作,能为人进行康复训练,甚至可以克隆自己并且自我修复。总之,它们能在各种人类难至的环境中工作,代替人去从事各种复杂工作。觉、嗅觉、触觉、力觉、思维,能与人对话,为人类做家务,能在所有危险场合
、信息甚至知识,它与机器人控制系统和决策系统组成机器人的核心。魅烁兄O低车亩ㄒ传感器用于为机器人系统提供输入信息,由这些传感器组成的“感觉”外部环境的系统就构成了机器人的感知系统,它将机器人内部状态信息恢谩⒆颂线速度、角速度、加速度、角加速度、平衡屯獠炕肪承畔⒆1湮;魅讼低自身、机器人相互之间能够理解和应用的数据、信息、、信号调理电路、模数转换、处理器构成的