物品自动运送机器人(ACR)原型系统控制体系结构研究

摘要

我们根据目前所具备的研究基础和实际条件,规划了一个有望在多种民用服务领域获得较广泛应用的物品自动运送机器人(ACR)原型系统研究项目.希望通过对ACR原型系统的研究,为将来的各种实际民用服务机器人系统的研究和实现打下一定的基础.论文内容仅是ACR原型系统项目研究工作的一部分,其主要内容是关于智能机器人(IRS)控制体系结构的研究,目标是在对目前各种典型IRS控制体系结构深入研究的基础上,为ACR原型系统以及将来可能实现的各种实际ACR系统建立一个高可靠性、灵活的、可扩展的、开放式的控制体系结构.

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

§1.1机器人与机器人学

§1.2工业机器人与服务机器人

§1.3自主移动机器人(AMR)

§1.3.1关于自主移动机器人

§1.3.2自主移动机器人的发展

§1.4物品自动运送机器人(ACR)及其原型系统

§1.4.1物品自动运送机器人(ACR)

§1.4.2物品自动运送机器人(ACR)原型系统

§1.5智能机器人控制体系结构

§1.5.1关于智能机器人控制体系结构

§1.5.2典型智能机器人控制体系结构研究分析

§1.6论文研究内容及体系结构

第二章 ACR原型系统的硬件结构设计

§2.1引言

§2.2 ACR原型系统的具体功能目标分析

§2.3 ACR原型系统的整体控制结构

§2.4自主移动平台

§2.5物品存取机械手

§2.6物品存储机构

§2.7辅助系统

§2.8本章小结

第三章 ACR原型系统控制体系结构理论研究

§3.1引言

§3.2 IRS控制体系结构设计的基本目标

§3.3 ACR原型系统任务目标分析

§3.4 ACR原型系统控制体系结构的理论模型研究

§3.4.1 IRS的基本组成单元

§3.4.2基本智能单元

§3.4.3基于分层递阶思想的控制体系结构理论模型

§3.4.4控制体系结构理论模型的层次特性分析

§3.4.5行为发生

§3.4.6世界模型

§3.4.7感知处理

§3.4.8控制体系结构理论模型的简化

§3.4.9 ACR原型系统的控制体系结构理论模型

§3.5 ACR原型系统控制体系结构的实现模型研究

§3.5.1基于分层递阶思想的控制体系结构实现模型

§3.5.2 ACR原型系统的控制体系结构实现模型

§3.6本章小结

第四章 ACR原型系统的高层任务规划

§4.1引言

§4.2产生式系统(Production System)

§4.2.1产生式系统的基本组成

§4.2.2产生式系统的知识表示

§4.2.3产生式系统的推理方式

§4.3基于状态空间法的高层任务规划

§4.3.1问题状态描述

§4.3.2基于STRIPS表达的任务规划方法

§4.3.3使用状态空间法进行高层任务规划

§4.4基于计划空间(Plan Space)法的高层任务规划

§4.4.1计划空间法

§4.4.2使用计划空间法进行高层任务规划

§4.5问题归约(Problem Reduction)

§4.5.1问题归约描述

§4.5.2问题归约表示

§4.5.3问题归约机理

§4.5.4问题归约同其它规划方法的综合

§4.6分层递阶规划(Hierarchical Planning)

§4.6.1问题描述

§4.4.2应用分层递阶规划

§4.7高层任务规划中的时间及资源约束

§4.7.1问题描述

§4.7.2时间约束

§4.7.3资源约束

§4.8 ACR原型系统高层任务规划的整体流程

§4.9本章小结

第五章 ACR原型系统的高层任务管理

§5.1引言

§5.2状态推理系统(Situated Reasoning System)

§5.2.1状态推理系统的主要特性

§5.2.2实现状态推理系统的典型方法

§5.2.3状态推理系统实现方法的选择

§5.3高层任务知识的表达

§5.3.1过程性知识

§5.3.2高层任务知识的表达

§5.4高层任务管理器的整体结构

§5.5高层任务管理器的运行机制

§5.6高层任务管理的实时性分析

§5.7高层任务管理的错误恢复

§5.8高层任务管理的分层递阶特性

§5.9本章小结

第六章 ACR原型系统的任务执行控制

§6.1引言

§6.2任务执行层的整体结构

§6.3执行层的任务描述语言

§6.4执行层的状态/事件监视管理(SM)

§6.4.1状态/事件监视管理(SM)的基本结构

§6.4.2状态/事件监视的基本类型

§6.5执行层的任务执行控制(EM)

§6.5.1任务执行控制(EM)的基本结构

§6.5.2任务过程的解释执行

§6.5.3任务执行控制(EM)的运行机制

§6.6执行层的故障诊断与恢复(DRM)

§6.6.1故障诊断与恢复(DRM)的基本结构

§6.6.2错误分析与故障诊断

§6.6.3错误恢复

§6.7本章小结

第七章 ACR原型系统的功能层

§7.1引言

§7.2功能层——由不同模块(Module)组成的动态组织结构

§7.2.1模块(Module)

§7.2.2模块间的动态联系

§7.2.3活动(Activity)

§7.2.4活动间的冲突解决

§7.3模块的功能模型

§7.3.1功能/活动(Function/Activity)

§7.3.2功能/活动的类型

§7.3.3模块的功能模型

§7.4模块的实现

§7.4.1模块的整体结构

§7.4.2模块接口

§7.4.3 IDS与EDS

§7.4.4模块的管理

§7.4.5活动的执行

§7.5模块间的通信

§7.5.1“请求/答复”通信

§7.5.2数据共享通信

§7.6模块的自动生成

§7.6.1模块的自动生成流程

§7.6.2模块的形式化描述

§7.7本章小结

第八章 ACR原型系统的路径规划问题研究

§8.1引言

§8.2局部路径规划

§8.2.1 MT局部路径规划算法

§8.2.2实际环境建模

§8.2.3在实际环境模型中应用MT算法

§8.3全局路径规划

§8.3.1问题描述

§8.3.2全局路径规划的GA算法

§8.3.3仿真试验及分析

§8.4本章小结

第九章 试验结果与分析

§9.1试验背景

§9.2基本控制试验

§9.2.1轨线跟踪试验

§9.2.2直角转弯试验

§9.2.3离散点跟踪试验

§9.3分层递阶规划及控制试验

§9.3.1控制程序设计

§9.3.2试验结果

§9.4事件——响应试验

§9.5错误恢复试验

§9.6本章小结

第十章 总结与展望

§10.1全文总结

§10.2研究不足与展望

参考文献

攻读博士学位期间发表和录用的论文

致谢