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题名自主机器人的主动观察模式及软件实现架构
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作者
肖怀宇
杨硕
毛新军
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机构
国防科技大学计算机学院
湖南省复杂系统软件工程重点实验室
国防科技大学系统工程学院
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出处
《计算机科学》
CSCD
北大核心
2023年第9期90-100,共11页
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基金
国家自然科学基金(62172426)。
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文摘
自主机器人运行在开放环境中,对环境信息的感知受限,难以获得有关环境完整、及时的信息。为有效完成任务,自主机器人需要主动地观察环境,即根据任务的需求,自发地决策、调度和执行观察行为,针对性地获取与任务相关的环境信息。主动观察的需求给自主机器人的观察模式以及软件系统构造提出了两方面的挑战:一方面,为支持任务的有效实现,需设计主动的观察模式,从机制层面确保自主机器人能够基于任务需求,观察所需的环境信息;另一方面,主动的观察模式导致自主机器人观察、决策等软构件的功能抽象和数据交互更为复杂,需要针对上层复杂机制的实现设计适配的软件架构。为应对上述挑战,文中将自主机器人的行为定义为任务行为和观察行为两类,针对开放环境中两类典型的环境信息受限场景——片面观察场景和过时观察场景,提出了两类主动观察模式来构建观察行为与任务行为的协同机制,并基于这两类主动观察模式设计了观察行为的决策和调度算法。另外,还设计了一个基于多智能体系统的自主机器人软件架构,实现了所提出的主动观察模式。最后,为验证所提出的主动观察模式的有效性,选取开放环境中一个典型的任务——图书馆服务机器人的图书传送任务开展实验验证。该任务中,自主机器人对图书的位置信息受限,容易导致图书传送任务失败。文中选取当前自主机器人领域主流的反应式观察和伴随观察模式作为对比方法,通过从行为执行过程、行动轨迹和时间消耗3方面进行对比,验证了所提方法的有效性。
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关键词
自主机器人
开放环境
观察行为
主动观察模式
自主机器人软件
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Keywords
Autonomous robot
Open environment
Observation behavior
Active observation scheme
Autonomous robot software
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分类号
TP311
[自动化与计算机技术—计算机软件与理论]
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题名自主机器人多智能体软件架构及伴随行为机制
被引量：6
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作者
毛新军
杨硕
黄裕泓
王硕
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机构
国防科技大学计算机学院
复杂系统软件工程重点实验室(国防科技大学)
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出处
《软件学报》
EI
CSCD
北大核心
2020年第6期1619-1637,共19页
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基金
国家自然科学基金(61379051,61532004)。
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文摘
自主机器人是一类由计算机软件控制的信息物理系统,如何支持该类机器人在开放环境下的有效和协调运行,是自主机器人控制软件(control software of autonomous robot,简称CSAR)研究与实践面临的一项重要挑战.基于组织理论的思想,采用Structure-in-5的组织架构模式,提出了基于多智能体的CSAR的软件架构MaRSA(multiagent robotic software architecture),通过独立抽象CSAR的行为规划、分发、执行等软构件,并显式加强这些构件间的交互,从而为自主机器人行为的有效规划和协调实施奠定架构基础;提出了基于MaRSA架构的伴随行为机制,从因果性、时序性和按需性等3个方面建立了机器人观察行为和任务行为间的伴随关系,并基于分步规划和动态决策的思想,设计并实现了伴随行为的自主决策算法DAAB(decision algorithm of accompanying behaviors).分别在仿真环境和实际机器人环境下设计了对比性实验,结果表明:与主流的反应式行为决策算法和BDI式概率决策算法相比较,基于MaRSA和伴随行为机制的DAAB算法所生成的伴随行为规划在开放环境下具有可行性和更高效的执行效率.
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关键词
自主机器人控制软件
Structure-in-5
多智能体系统
软件架构
伴随行为
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Keywords
CSAR
structure-in-5
multi-agent system
software architecture
accompanying behavior
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分类号
TP311
[自动化与计算机技术—计算机软件与理论]
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